DE3221499A1

DE3221499A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur automatischen erfassung der spitzenwerte eines unbekannten elektrischen signals

Info

Publication number: DE3221499A1
Application number: DE19823221499
Authority: DE
Inventors: Michael Goodwin 97223 Tigard Oreg. Reiney; William Grant 97005 Beaverton Oreg. Wilke
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1981-06-08
Filing date: 1982-06-07
Publication date: 1983-01-05
Also published as: FR2507358A1; GB2142793B; JPH025272B2; US4564804A; CA1180064A; FR2507358B1; GB2100082B; JPS5866065A; DE3221499C2; NL8202205A; GB8420894D0; GB2142793A; GB2100082A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine

Schaltungsanordnung zur automatischen Erfassung der Spit-5

zenwerte eines unbekannten elektrischen Signals.

Es ist oft wünschenswert, Werte von unbekannten Gleichspannungspegeln oder sich zeitlich ändernden Signalen ohne die Verwendung eines Oszillographen oder eines externen Voltmeters zu bestimmen. Es ist weiterhin oft wünschenswert/ derartige Werte auf verschiedenartige Weise zu verwenden. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Festlegung eines stabilen Triggerpunktes für sich wiederholende Signale,

die Messung von Spitzenspannungen oder die Messung der An-' 15

stiegszeit und der Abfallzeit von Impulsflanken. Derartige Bedingungen treten etwa bei elektronischen Zählern oder Zeittakt-Schaltungsanordnungen auf, in denen unbekannte . Signale bzw. Spannungspegel gemessen werden, um charakteristische Werte, wie beispielsweise die "Frequenz, die abgelaufene Zeit zwischen elektrischen Ereignissen oder die Anzahl von elektrischen Ereignissen zu bestimmen. Ein derartiger elektronischer Zähler besitzt typischerweise ein Eingangsspannungsfenster zur Begrenzung von positiven und

negativen Spitzenamplituden in einem vorgegebenen Bereich, 25

wobei ein Triggerpegel in einem derartigen Triggerfenster vorgesehen ist, durch das ein Signal laufen muß, um ein Zählsignal durch den Zähler zu erzeugen. Eine Bedienungsperson stellt dabei den Triggerpegel mittels eines Tastaturfeldes so ein, daß sich eine stabile Triggerurig ergibt. SO

Ist die Gesamtsignalamplitude wesentlich kleiner als das Triggerfenster, so ist in Verbindung mit dem Tastaturfeld eine gewisse Selbstregelung zur Lokalisierung des Signales erforderlich, wobei zur Stabilisierung der Zählung Annähe-

rungsJustierungen erforderlich sind. 35

Zur Lösung dieses Problems sind automatische Pegelerfassungs- und Trigger-Schaltungsanordnungen sowie dazu dienende Verfahren bekannt geworden. Eine derartige automatische Trigger-Schaltungsanordnung ist in der US-PS 4 121 164 beschrieben. Dabei durchläuft der Trigger-Spannungspegel automatisch das Triggerfenster, bis der Eingangssignal-Spannungspegel auftritt. Das Durchlaufen des Triggerpegels wird jedoch weitergeführt, so daß die Triggerung in unterschiedlichen willkürlichen Pegeln erfolgt, wenn sich das Eingangssignal zeitlich ändert.

In der US-PS 4 069 452 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, mit der die genauen Werte der oberen und unteren Spitzen sowie der Mittelpunkt eines sich zeitlich ändernden Signals automatisch erfaßt wird. Dabei tastet eine Folge von treppenförmigen Spannungen vorgegebene Bereiche im Triggerfenster ab, um das Eingangssignal zu erfassen. Bei der Festlegung des generellen Bereiches von positiven und negativen Spitzen wird ein kleinerer treppenförmiger Spannungsverlauf zur genauen Lokalisierung der Spitzen (innerhalb des Treppeninkrements) verwendet. Der Mittelpunkt zwischen den Spitzen kann sodann berechnet werden. Dabei handelt es sich um ein ziemlich langes Grob-Feinverfahren, speziell, wenn sich das Eingangssignal sehr langsam ändert oder ein niederfrequentes sich wiederholendes Signal ist. Darüber hinaus eignet sich eine derartige Schaltungsanordnung nicht zur genauen Bestimmung von mit einer sehr kleinen Folgefrequenz auftretenden schnellen elektrischen Spitzen. Darüber hinaus ist es damit nicht möglich, außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegende Signale zu erfassen oder Gleichspannungspegel zu bestimmen, da keine Möglichkeit zu einer Verlaufsänderung gegeben ist, um einen Durchlauf des Spannungspegels in beiden Richtungen zu ermöglichen, Mit anderen Worten kann zwar ein Spannungspegel erfaßt werden, wobei es jedoch unbekannt bleibt, ob es sich bei einem derartigen Pegel tatsächlich um eine Signalspitze oder um

eine Gleichspannung handelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur schnellen Erfassung von Signalpegeln unbekannter Signale unter Verwendung von binären Suchtechniken anzugeben.

Dabei sollen insbesondere die Werte von unbekannten Gleichspannungen oder sich zeitlich ändernden Signalen ohne die Verwendung von externen Testgeräten bestimmbar sein.

Es soll dabei auch eine automatische stabile Triggerung eines sich zeitlich ändernden Signals ohne eine vorherige Bestimmung des Signalzeittaktes oder der Amplitudencharakte-,. ristik möglich sein.

Schließlich soll die Erfassung von wenigstens zwei Spitzenwerten von wenigstens zwei sich zeitlich ändernden Signalen während einer einzigen Suchseqzenz möglich sein.

Die vorgenannte Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6 gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt eine binäre Suchtechnik zur automatischen und genauen Erfassung von Spannungspegeln eines unbekannten Signals bzw. einer Gleichspannung in einem vorgegebenen dynamischen Bereich bzw. einem Triggerfenster. Das unbekannte

OQ Signal bzw. die Gleichspannung wird in einen Eingang einer Spannungsvergleichsschaltung eingespeist. Ein durch eine logische Steuereinheit erzeugtes n-Bit-Digitalsignal wird in eine analoge Referenz-Spannung überführt und in den anderen Eingang der Spannungsvergleichsschaltung eingespeist. Das Ausgangssignal dieser Spannungsvergleichsschaltung wird in einen als Erfassungsregister eingespeisten, durch Flanken

getriggerten Kreis eingespeist, bei dem es sich beispielsweise um ein Flip-Flop oder einen Zähler handelt, dessen Schaltzustand seinerseits durch die logische Steuereinheit überwacht wird. Ein Speicher und eine arithmetische Einheit κ vervollständigen die grundsätzliche Erfassungs-Schaltungsanordnung. Bei der binären Suchtechnik handelt es sich um einen Testzyklus, in dem n-Bit-Digital-Testpegelzahlen durch die logische Steuereinheit in der Weise ausgewählt werden, daß die Vergleichs-Referenzspannungs-Testpegel im

J^q Triggerfenster mit den Spitzenwerten der Signale konvergieren. Sind die positiven und negativen Spitzenwerte bekannt, so kann ein mittlerer Wert berechnet werden, um zur Selbsttriggerung einen Triggerpegel festzulegen. Anstiegszeit- und Abfallzeitmessungen von Impulsflanken können

,p- durch Berechnung der 10%- und 90%-Punkte für eine dazwischen liegende Zeitmessung durchgeführt werden. Jeder Testpegel kann im Bedarfsfall für eine gegebene Zeit gehalten werden, um Niederfrequenzsignale oder Signale mit kleinem Tastverhältnis zu erfassen. Ein Zustand ohne Signal bzw. ein außer-

2Q halb eines Signalbereiches liegender Zustand kann ebenfalls erfaßt werden. Die Suchschritte von positiven und negativen Spitzentestperioden können so miteinander verschachtelt werden, daß die beiden Zyklen parallel durchgeführt werden.

2g Weitere spezielle Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sowohl hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch hinsichtlich der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in entsprechenden Unteransprüchen gekennzeichnet.

QQ Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer automatischen Signalpegel-

Erfassungsschaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der binären Suchtechnik für die Lokalisierung der positiven Spitze eines unbekannten, sich zeitlich ändernden Signals;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweikanaligen Zählereingangsstufe unter Verwendung der automatischen Signal-Erfassungsschaltungsanordnung gemäß der Erfindung; und

Fig. 4 ein Signaldiagramm zur Erläuterung einer verschachtelten binären Suchtechnik sowohl für positive als auch negative Spitzen eines unbekannten, sich zeitlich ändernden Signals.

Fig. 1 zeigt ein generelles Blockschaltbild einer automatischen Signalpegel-Erfassungsschaltungsanordnurig gemäß der Erfindung. Eine unbekannte Gleichspannung bzw. ein sich zeitlich änderndes Signal wird über" eine Eingangsklem-

me 10 in einen Eingang einer Vergleichsstufe 12 eingespeist, in der es mit einer von einem Digital-Arialog-Wandler 14 in den anderen Eingang eingespeisten Referenzspannung verglichen wird. Das Ausgangssignal der. Vergleichsstufe 12 wird in eine Übergangserfassungsstufe bzw. ein Erfassungsregister, wie beispielsweise ein durch Flanken getriggertes Flip-Flop 16 eingespeist. Eine logische Steuereinheit 18 erzeugt n-Bit-Digitalsignale in einer Sequenz durch einen binären Suchzyklus, wobei in jeweils einem Zeit-

QQ punkt ein Bit vom höchstwertigen Bit bis zum geringstwertigen Bit geändert wird, bis endlich eine n-Bit-Digitalzahl erreicht wird. Die dieser Zahl äquivalente,durch den Digital-Analog-Wandler 14 erzeugte Analog-Spannung entspricht entweder einer Gleichspannung oder einer vorgegebenen

gg Spitze eines sich zeitlich ändernden Signals, welche in die Eingangsklemme 10 eingespeist werden. Ein Speicher 20

dient zur Speicherung wenigstens einer n-Bit-Digitalzahl einschließlich der dem erfaßten Eingangswert äquivalenten Zahl. Eine archimedische Einheit 22 ist an die logische Steuereinheit 18 angekoppelt, um mathematische Funktionen,

p. wie beispielsweise die Berechnung von Anstiegszeit oder Abfallzeit von Impulsflanken durchzuführen. Die erfaßten Signalpegel oder die mathematischen Ergebnisse können auf einer Anzeigeeinheit 24 angezeigt werden.

_ Die binäre .Suchtechnik, welche einen Aspekt der durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 realisierten Erfindung bildet, kann anhand des Beispiels nach Fig. 2 erläutert werden. Fig. 2 zeigt dabei ein Triggerfenster mit einer unteren Spannungsgrenze L . und einer oberen Spannungsgrenze L . Dieses Triggerfenster bildet den dynamischen Bereich', ο max

in dem Eingangssignale erfaßt werden können. Es wird durch das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 14 festgelegt, welcher eine Referenzspannung £_,„_ für die Vergleichsstufe 12 erzeugt. In diesem Beispiel soll die positive Spitze eines unbekannten Signals-bestimmt werden, das willkürlich als sich wiederholendes Signal mit kleinem Pegel dargestellt ist, welches in der unteren Hälfte des Triggerfensters auftritt. Im Zusammenhang mit diesem Beispiel vermag die logische Steuereinheit 18 Digitalzahlen

„,. mit 5-Bit im Bereich von 00000 bei L .„ bis 11111 bei min

L zu erzeugen, wobei die speziellen Digitalzahlen mit 5-Bit im logischen Diagramm auf der linken Seite von Fig. 2 dargestellt sind, in dem schwarze Bereiche logische Einsen und weiße Bereiche logische Nullen repräsentieren.

Am Beginn eines binären Suchzyklus ist weder über das

Eingangssignal etwas bekannt, noch ist bekannt, ob ein Eingangssignal vorhanden ist. Die logische Steuereinheit setzt daher die Digitalzahl mit 5-Bit im gezeigten Beige spiel insgesamt auf logische Einsen, wodurch die Referenzspannung E-.„„ bei L wie dargestellt erzeugt wird. XvCjI? max

Der erste Schritt besteht darin, das höchstwertige Bit der Digitalzahl mit 5-Bit festzulegen, das der positiven

Spitze des Eingangssignals entspricht. Dies erfolgt dadurch, daß ein Wert 01111 (oder 10000) in den Digital-Analog-Wandler 14 eingespeist wird, wodurch der Wert E_REp exakt auf die Mitte zwischen L , und L . eingestellt wird, um

max mm einen ersten Testschritt t ₁ auszulösen. Nach der Einstellung des ersten Referenzpegels prüft die logische Steuereinheit 18 den Zustand des Flip-Flops 16, um festzulegen, ob wenigstens ein Signalübergang aufgetreten ist, wodurch angezeigt wird, daß ein Signal erfaßt wurde, da der Durch-

IQ lauf des Wertes E_RFp durch die Signalspannung eine positive Triggerflanke zur Ansteuerung des Flip-Flops erzeugt. Im dargestellten Beispiel wird kein Signal erfaßt; der Wert E_n™ bleibt jedoch auf dem durch die Digitalzahl 01111 eingestellten Pegel bis zu einem Zeitpunkt T als Funktion

je einer Zeittaktschaltung oder eines Taktes, welche beziehungsweise welcher in der logischen Steuereinheit 18 vorhanden ist. Der Zeitpunkt T kann vorher festgelegt werden und beispielsweise gleich der Zeitperiode für eine Periode des Eingangssignals bei einem vorgegebenen niederfrequenten Grenzwert sein. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die positive Spitze in. der Zeitperiode T durch den Referenz pegel E_ laufen muß, wenn sie überhaupt vorhanden ist. Am Ende der Zeitperiode T, ist der erste Testschritt t .. abgeschlossen, wobei der Wert E-™ durch Änderung der Digi-

K-CiT

talzahl mit 5-Bit von 01111 auf 11111 auf L_x rückgesetzt wird. Ist der Zustand des Flip-Flops 16 am Ende des Testschrittes t ₁ unverändert, so ist bekannt> daß in der oberen Hälfte des Triggerfensters nichts vorhanden ist. Das höchstwertige Bit jedes zu erfassenden Wertes muß daher notwendigerweise eine logische Null sein. Diese Null wird als höchstwertiges Bit in den Speicher eingegeben, wobei die verbleibenden vier Bits noch zu bestimmen sind.

Ein folgender Testschritt t 2 erfolgt, um das zweite höchstwertige Bit durch Setzen der Digitalzahl mit 5-Bit auf

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00111 zu bestimmen, wonach die logische Steuereinheit 18 den Zustand des Flip-Flops 16 prüft. Da im Beispiel nach Fig. 2 der Wert E_REF das Signal zur Erreichung des Testpegels durchlief, erzeugte die Vergleichsstufe 12 einen Signalübergang, welcher das Flip-Flop 16 kippte. Somit ist es bekannt, daß ein Signal oder eine Gleichspannung irgendwo zwischen einem Viertel und der Hälfte zwischen

L . und Lliegt, so daß es nicht notwendig ist, den mj.n max

Testpegel für die gesamte Zeitperiode T auf dem Wert 00111 zu halten. Der Testschritt t ₂ wird somit beendet, wobei der Wert E_0x^ auf L „ rückgesetzt wird und die er-

Kür max

faßte logische Eins als zweites höchstwertiges Bit gespeichert wird.

In gleicher Weise werden die drei Bits als 0, 1 und 1 durch Testschritte t ,, t . und t ₅ bestimmt. Das endgültig erfaßte Signl 01011 kann gemäß Fig. 2 durch Vergleich des positiven Spitzenwertes mit dem logischen Diagramm auf der linken Seite der Darstellung ermittelt werden.

Ist kein Signal im Triggerfenster vorhanden, so wird ein binärer Suchvorgang durchgeführt, bei dem die in den Digital -Änalog-Wandler 14 eingespeiste n-Bit-Digitalzahl in umgekehrter Folge vom höchstwertigen Bit zum geringstwertigen Bit in jeweils einem Bit in einem Zeitpunkt geändert wird, so daß die in die Vergleichsstufe 12 eingespeiste Referenzspannung E_n„„ gemäß gestrichelten Linien t _, t

Κ£ιΓ SJ S

und T j. das Triggerfenster ausgehend vom Wert L_m=v zum Wert L . durchläuft. Damit kann ein Zustand fehlenden Signals und ein Bereichsgrenzenzustand erfaßt und angezeigt werden. Auch wenn das unbekannte Signal weit kleiner als das im Beispiel nach Fig. 2 dargestellte Signal ist oder tatsächlich lediglich ein Gleichspannungspegel ist, wird der genaue Pegel richtig bestimmt. Dies beruht darauf, daß in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lediglich ein

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einziger Signalübergang im Flip-Flop 16 erfaßt werden muß und das weiterhin der Verlauf in richtiger Weise so gewählt ist, daß ein zählbarer Signalübergang auftritt, wenn der Wert E_R das in negativer Richtung verlaufende Signal kreuzt (oder wenn das unbekannte Signal den in positiver Richtung verlaufenden Wert E_n-„ kreuzt).

K .br

Fig. 2 zeigt eine binäre Suchtechnik zur Erfassung positiver Spitzen eines Signals. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, !0 daß die Suchtechnik für negative Spitzen in entsprechender Weise mit einer gegensinnigen Verlaufseinstellung beginnend bei L . und einem Hochlauf in das Triggerfenster erfolgt.

min ^J ^J

Um die richtige Polarität für den Betrieb des durch Flanken gesteuerten Flip-Flops 16 zu erfassen, muß eine Verlaufs-

!5 steuerung durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß eine ins Positive verlaufende Referenzspannung E__,„ für den Suchvorgang der negativen Spitze die gleiche Triggerpolarität erzeugt, wie dies bei einem negativ verlaufenden Wert E_R _, beim Suchen der positiven Spitze der Fall ist. Derartige Verlaufssteuerungen sind an sich Bekannt und können dadurch erfolgen, daß entweder die +- und —Eingänge der Vergleichsstufe 12 umgeschaltet werden oder daß das Ausgangssignal der Vergleichsstufe während des Suchvorgangs für negative Spitzen invertiert wird. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Einfügung einer derartigen Verlaufssteuerung in Kombination mit der Erfassung von positiven und negativen Spitzen ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist.

Wie oben ausgeführt, werden die erfaßten Werte sowohl für positive als auch für negative Spitzen eines Signals im Speicher 20 gespeichert. Diese Werte können durch die logische Steuereinheit 18 in die arithmetische Einheit 22 übertragen werden, wobei beispielsweise der 50%-Punkt zwischen den Spitzen berechnet werden kann, um einen Triggerpegel für eine stabile Triggerung eines Eingangssignals

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zu erzeugen. Bilden die Vergleichsstufe 12 und das Erfassungsregister 16 einen Teil der Eingangsstufe eines digitalen Zählers, so ist es im Rahmen der Erfindung wesentlich, daß die für die Erfassung von Signalpegeln verwendeteten Komponenten die gleichen sind, die für die tatsächliche Signalverarbeitung verwendet werden. Eine derartige Doppelfunktion eliminiert die Probleme der Anpassung von Komponenten sowie die Kompensation von Trifterscheinungen. Darüber hinaus werden auch Kosten und Leistungsverbrauch

IQ reduziert. Die arithmetische Einheit 22 kann weiterhin die • 10%- und 90%-Punkte zwischen den Signalspitzen berechnen, um Messungen der Anstiegszeit und der Abfallzeit von Impulsen zu erleichtern. Die arithmetische Einheit ist auch zweckmäßig zur Verifizierung der Erkennung von Gleich-

IQ spannungspegeln, da in einem derartigen Fall die erfaßten positiven und negativen Spitzen einander gleich sind.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer zweikanaligen universellen Zählereingangsstufe unter Verwendung der automatischen Signal-Erfassungsschaltungsanolrdnung gemäß der Erfindung. Ein Kanal A umfaßt eine Vergleichsstufe 50, deren Eingänge an einer Eingangsklemme 42 bzw. an eine Triggerspannungsquelle 44 angekoppelt sind, eine Verlaufsauswahlschaltung 46 zur selektiven Invertierung des Ausgangssignals der Vergleichsstufe 40 sowie eine konventionelle , durch Flanken getriggerte Zählkette 48. Entsprechend umfaßt ein Kanal B eine Vergleichsstufe 40, deren Eingänge an eine Eingangsklemme 52 und eine Triggerspannurigsquelle 54 angekoppelt sind, eine Verlaufsauswahlschaltung 56 zur selektiven Invertierung des Ausgangssignals der Vergleichsstufe 50 sowie eine konventionelle durch Flanken getriggerte Zählkette 58. Die Triggerspannungsquellen 44 und 54 können zweckmäßigerweise durch konventionelle Digital-Analog-Wandler gebildet werden, welche als programmierbare Spannungsquellen betrieben werden. Ein Mikrocomputer 60, welcher ein konventioneller, einen Prozessor und einen Spei-

O LL I4CIO

eher enthaltender Mikrocomputer sein kann, steuert die binären Suchoperationen sowohl für die positiven und die negativen Spitzen von Eingangssignalen für die beiden Kanäle A und B. Die Wirkungsweise der Kanäle A und B ist identisch, wobei der Mikrocomputer 60 die Polarität (Verlauf) des Vergleichsstufen-Ausgangssignals auswählt, um die richtige Triggerflanke für die Zählketten, die Einstellung der Vergleichsstufen-Referenzspannungen und die Überwachung der Zähler in den Zählketten zu gewährleisten, um festzulegen, ob eine Änderung in der Zählung aufgetreten ist. Der Zustand jeder Zählkette kann entweder durch deren Rücksetzung für jeden Testschritt des binären Suchzyklus oder andererseits durch Gleichlauf des Zählketteninhalts durch Auslesen und Speichern von auf den neuesten Stand gebrachten Daten festgelegt werden.

Fig. 4 zeigt ein Signaldiagramm eines verschachtelten'binären Suchvorgangs sowohl für positive als auch negative Spitzen, welche im folgenden aus Zweckmäßigkeitsgründen als Spitzen und Täler eines unbekannten, sich zeitlich ändernden Signals bezeichnet werden. Der binäre Suchzyklus wird anhand von i-Schritten beschrieben, wobei 1 £ i £ η gilt und i = 1 für das höchstwertige Bit, i = '2 für das nächste höchstwertige Bit usw. bis i = η für das geringstwertige Bit einer vom Mikrocomputer 60 zu den Triggerspannungsquellen 44 und 54 gelieferten n-Bit-Digitalzahl ist. Jeder Testschritt ist in einen Spitzensuchvorgang t . und einen. Talsuchvorgang t . unterteilt. Der Suchzyklus wird für jeden Kanal durch Einstellung der Ausgangssignale der Triggerspannungsquellen 44 und 54 auf L und durch Einstellung der Verlaufsauswahlschaltungen 46 und 56 ausgelöst, so daß eine positive Impulsflanke erzeugt wird, wenn das Eingangssignal die Trigger-Referenzspannung übersteigt. Sodann werden die Trigger-Referenzspannungen, welche aufeinanderfolgend unabhängig gesteuert

werden, auf L₁ =(L „ + L . )/2 eingestallt. Der Mikroi max min

computer 60 liest den Inhalt der Zählketten 48 und 58 aus, wobei der Testschritt t ₁ beendet wird, wenn entweder

s ,ρ ι

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eine das Vorhandensein eines Signals anzeigende Zählung aufgetreten ist, oder eine Zeitperiode T abgelaufen ist, welche das Fehlen eines Signals in der oberen Hälfte des Triggerfensters anzeigt. Danach werden der Triggerpegel L . und der Verlauf negativ eingestellt, um den Tal-Suchschritt t „., zu beginnen. Für i = T wird der

S /V I

Triggerpegel auf (L. ,„ + L . )/2 eingestellt, um festzu-

iuax in χ η

legen, ob überhaupt ein Signal im Triggerfenster vorhanden ist, da bereits festgelegt wurde, daß, wenn ein Signal vorhanden ist, sich dieses Signal in der unteren Hälfte des Triggerferisters befindet. Hier wird das Signal zwischen L . und L₁ erfaßt und daher das höchstwertige Bit sowohl für eine Signalspitze V und ein Signaltal (oder eine negative Spitze) V . festgelegt. Der Vorgang wiederholt sich für i = '2 mit der Festlegung des nächsten höchstwertigen Bits sowohl des Spitzen- als auch des Talwertes, bis schließlich die Werte für i = η festgelegt werden.

Da ein Tal immer zwischen aufeinanderfolgenden Spitzen auftritt, kann die Computerzeit effektiv"dadurch ausgenutzt werden, daß binäre Suchvorgänge für Spitzen- und Talwerte in den. beiden Kanälen A- und B verschachtelt werden. Dies trifft insbesondere für niederfrequente Eingangssignale zu, bei denen eine Wartezeit nach der Einstellung eines neuen Triggerpegels erforderlich sein kann. Während der Wartezeit, beispielsweise der vorgenannten Periode T kann der Computer 60 andere Funktionen durchführen. Dabei kann es sich beispielsweise um die Einstellung eines Trigger-Referenzpegels in einem anderen Kanal oder die Auslesung einer der Zählketten handeln. Beispielsweise kann der erste

Testschritt t . für die Kanäle A und B gleichzeitig durchsei

geführt werden, da die Zählketten 48 und 58 gleichzeitig oder nacheinander wirksam geschaltet werden können, wobei die Änderung der Triggerpegelspannung auf L . beim Abschluß des Testschrittes t ₁ durchgeführt wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß der binäre Suchvorgang für Spitzen und

ί. ί.

W 8-Täler in exakt der gleichen Anzahl von Schritten für die beiden Kanäle A und B durchgeführt wird, da, wie bereits erläutert wurde, durch den binären Suchvorgang tatsächlich die Werte von binären Bits von n-Bit-Digitalzahlen ent-

c sprechend der Signalspitze (VA„_„) und des Tals (VA . ) ο πι ei χ iuxii

im Kanal A und der Signalspitze (VB ) und des Tals

IUaX

(VB . ) im Kanal B festgelegt werden. Aus diesen Werten können ein 50%-Triggerpunkt oder 10%- und 90%-Punkte der Anstiegs- oder Abfallflanken berechnet werden, um Anstiegs- ₁ Q oder Abfallmessungen zu erleichtern.

Die Erfassung von Gleichspannungen oder sich zeitlich ändernden Signalen mit einer Frequenz, die kleiner als die niederfrequente Grenzfrequenz ist, wird dadurch sichergestellt, daß abwechselnd der Triggerpegel Lund L. in jedem Testschritt des binären Suchzyklus so eingestellt wird, daß das gesamte Triggerfenster abgetastet wird.

Für sich zeitlich ändernde Signale mit Frequenzen, welche

2Q kleiner als die untere Grenzfrequenz des" Instrumentes sind, in dem die automatische Signalpegel-Erfassungsschaltungsanordnung verwendet wird, kann ein automatischer Triggerpegel eingestellt werden. Ein derartiger Triggerpegel kann so berechnet werden, daß er im 50%-Punkt zwischen den Signalspitzen liegt, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß. Liegt das sich langsam ändernde Signal im Triggerfenster, so erzeugt die Vergleichsschaltung Signalübergänge, welche die Zähler während der Prüfvorgänge für Spitzen und Täler schalten, auch wenn die Trigger-Referenzspannung nicht

QQ an die Spitzenwerte angepaßt ist. Ein beim Suchvorgang für. eine positive Spitze erfaßter Pegel ist jedoch notwendigerweise positiver als ein Tal. Entsprechend ist ein bei einem Suchvorgang für ein Tal erfaßter Pegel notwendigerweise negativer als eine Spitze. Daher können diese beiden erfaßten Pegel zur Realisierung eines automatischen Triggerpegels in einem Zwischenpunkt verwendet werden.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur automatischen Erfassung der Spitzenwerte eines unbekannten elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß

eine. Vielzahl von Referenz-Spannungspegeln erzeugt wird, die Referenz-Spannungspegel mit dem unbekannten Signal verglichen und in Abhängigkeit davon Erfassungssignale erzeugt werden,

die Erfassungssignale in einem Erfassungsregister (.16; •48, 58) gespeichert werden,

und Digitalsignale erzeugt werden, welche den Referenz-Spannungspegeln entsprechen, wobei die Digitalsignale durch eine logische Steuereinheit (18; in 60) als Funktion des Inhaltes des Erfassungsregisters (16; 48, 58) vom höchstwertigen Bit bis zum geringstwertigen Bit in jeweils einem Bit in jeweils einem Zeitpunkt geändert werden, um ein Digitalsignal zu erzeugen, das dem erfaßten Spitzenwert des unbekannten Signals entspricht.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung des Digitalsignals alle Bits vor ihrer Änderung in den gleichen logischen Zustand eingestellt werden, so daß die Referenz-Spannungspegel vor der Einstellung der Vergleichspegel auf einen Rand eines Triggerfensters rückgesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungssignale in Abhängigkeit eines vorgegebenen Polar itätszusartmienhangs· der Referenz-Spannungspegel und dem unbekannten Signal erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung von positiven und negativen Spitzen folgendermaßen verschachtelt wird:

Es wird zunächst der Referenz-Spannungspegel auf einen Rand des Triggerfensters und sodann auf einen durch das geänderte digitale Bit festgelegten Testpegel eingestellt und danach der Referenz-Spannungspegel auf den anderen Rand des Triggerfensters und sodann auf einen durch das geänderte digitale Bit festgelegten Testpegel eingestellt, wobei der Polaritätszusammenhang im Vergleichsschritt zur Erzeugung von Erfassurigssignalen entsprechend dem richtigen Verlauf der Spitzenerfassung alternierend geschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erzeugung der Digitalsignale Referenzpegel für ein vorgegebenes Zeitintervall gehalten werden.
6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

gekennzeichnet durch

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mindestens eine Generatorschaltung (14; 44, 54) zur Erzeugung einer Vielzahl von Referenz-Spannungspegeln, mindestens eine Vergleichsschaltung (12; 40, 50) zum Vergleich der Referenz-Spannungspegel mit dem unbekannten Signal und zur Erzeugung von Erfassungssignalen in Abhängigkeit davon,

mindestens ein an die Vergleichsschaltung (12; 40, 50) angekoppeltes Erfassungsregister (16; 48, 58) zur Speicherung der Erfassungssignale,

IQ und mindestens eine an das Erfassungsregister (16; 48,

58) und die die Referenz-Spannungspegel erzeugende Generatorschaltung (14; 44, 54) angekoppelte logische Steuereinheit (18; in 60) zur Erzeugung von den Referenz-Spannungspegeln entsprechenden Digitalsignalen, wobei

^5 die Digitalsignale als Funktion des Inhaltes des Speicherregisters (16; 48, 58) vom höchstwertigen Bit bis zum geringstwertigen Bit in jeweils einem Bit in jeweils einem Zeitpunkt geändert werden, um ein Digitalsignal zu erzeugen, daß dem erfaßten Spitzenwert des unbekannten Signals entspricht.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine der Vergleichsschaltung (12; 40, 50) zugeordnete Verlaufsauswahlschaltung (46, 56) zwecks Erzeugung von Erfassungssignalen als Funktion vorgegebener Polaritätszusammenhänge zwischen den Referenz-Spannungspegeln und dem unbekannten Signal.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und/oder 7, gekennzeichnet durch einen der logischen Steuereinheit (18; in 60) zugeordneten Speicher (20; in 60) zur Speicherung wenigstens eines der Digitalsignale.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination aus logiscner Steuereinheit (18; in 60) und Speicher (20; in 60)

ιι ι k y a

«V ♦ W · ·

-4-in einem Mikrocomputer (60) ausgebildet ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine der logischen Steuereinheit (18; in 60) zugeordnete arithmetische Einheit (22; in 60) zur Durchführung von arithmetischen Operationen mit den Digitalsignalen entsprechend den erfaßten Spitzenwerten.

jQ
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Referenz-Spannungspegel erzeugende Generatorschaltung (14; 44, 54) durch mindestens einen Digital-Analog-Wandler (beispielsweise 14) gebildet ist, welcher von den Digitalsignalen ange-

2g steuert ist, und daß die Vergleichsschaltung (12; 40, 50) durch mindestens eine Vergleichsstufe (beispielsweise 12) gebildet ist.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfarssungsregister (16; 48, 58) durch wenigstens einen Teil einer Zählkette eines Zählers (16 oder beispielsweise 48) gebildet ist.
13. Mehrkanalige Schaltungsanordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 12 zur automatischen Erfassung von Spitzenwerten wenigstens zweier unbekannter Signale, dadurch gekennzeichnet, daß

an jeweils eine Vergleichsschaltung (40 bzw. 50) jeweils ein Erfassungsregister (48 bzw. 58) zur Speicherung der von den Vergleichsschaltungen (40, 50) erzeugten Erfassungssignale angekoppelt ist,

und an die Erfassungsregister (48, 58) und die Generatorschaltungen (44, 54) zur Erzeugung von Referenz-Spannungspegeln eine Logiksteuerung (in 60) zur Erzeugung und Speicherung von Digitalsignalen entsprechend den Referenz-Spannungspegeln als Funktion des geänderten Zustandes des

Inhaltes der Erfassungsregister (48, 58) angekoppelt sind, wobei die Logiksteuerung (in 60) die Auslesung der Erfassungsregister (48, 58) verschachtelt und die Erzeugung neuer Referenz-Spannungspegel bewirkt, um die Erfassung von Signalspitzenwerten in mehreren Kanälen parallel durchzuführen.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Verlaufsauswahlschaltungen (46, 56) zur unabhängigen Auswahl des Verlaufs der unbekannten Signale, bei dem Erfassungssignale erzeugt werden.