NL8100806A - Digitale tijdbasis met coherente snelheidsomschakeling. - Google Patents

Description

-1-.

8l304o/Ti/M/vL

Korte aanduiding: Digitale tijdbasis met coherente snelheidsomschakeling

De uitvinding heeft betrekking op digitale tijdbasis voor het leveren van bemonsteringsklokpulsen.

In elektronische instrumenten zoals digitale verwerkingsoscillos-5 eopen en digitaliserende overgangsoseilloseopen -worden zeer snelle analoge elektrische pulsen omgezet in digitale representaties ter vergemakkelijking van opslag, ontleding en weergave, In het algemeen wordt de omzetting naar digitale representaties bewerkstelligd door bemonstering van de analoge pulsen met een vaste snelheid en het vervolgens kwantiseren 10 van de monsters door middel van een analoog-digitaal omzetter . Om een be-monsteringsketen met verschillende snelheden voor ingangssignalen met verschillende frequenties of overgangstijden te verkrijgen kan een beaonste-ringsklok met een aantal seleeteerbare kloksnelheden gebruikt worden. Daardoor kunnen snellere signalen met een hogere snelheid bemonsterd worden en 15 kunnen langzamere signalen met een evenredig lagere snelheid bemonsterd worden, zodat een maximale hoeveelheid informatie uit het analoge signaal onttrokken kan worden zonder de beschikbare geheugenruimte te overschrijden. Bij gebruik van brede pulsen echter, waarbij de informatie zeer snel veranderd tijdens de stijgende en dalende flanken en zeer weinig of niet ver-20 andert gedurende de vlakke delen van de pulsen is het tot nu toe echter noodzakelijk de bemonsteringsklok met de hoogst verwachte snelheid te bedrijven teneinde de gehele golfvorm binnen te halen. Dit resulteert in een inefficiënt gebruik van de baaonsteringsketen en van geheugenruimte voor de vlakke gedeelten van pulsen.

25 In het bijzonder bij radar puls analyse is het gewenst de golfvorm in nauwkeurige tijdintervallen te verdelen en de informatie gedurende elk interval te bemonsteren met een snelheid die evenredig is met de verwachte wijzigingssnelheid van de informatie binnen elk interval. De omschakeling tussen kloksnelheden vindt bij, uit de praktijk, bekende ketens niet 30 samenhangend plaats, hetgeen resulteert in onvoorspelbare tijdrelaties tussen met verschillende snelheden verkregen monsters, waardoor een opgeslagen en weer te geven golfvorm met willekeurige tijdsdimensies verkregen wordt.

Teneinde voomoemde bezwaren op te heffen verschaft de uitvinding 8100806 -2- een digitale tijdbasis, welke geschikt is tot het samenhangend omschake-len van de ene kloksnelheid naar een andere voor het opwekken van bemonstering sklokpuls en.

Omdat de tijdkarakteristieken en de algemene vorm van bepaalde te 5 acquisiteren golfvormen of pulsen bekend zijn, kan de golfvorm in voorafbepaalde intervallen verdeeld'worden en kan .voor elk interval een bemon-steringssnelheid gekozeh worden die evenredig is met'de verwachte wijzi-gingssnelheid van de .golfvorm binnen het. interval.' Als zowel de tijdsintervallen als de bemonsteringssnelheden bekend zijn kan het' aantal ge-10 durende elk interval.te nemen monsters eveneens bepaald worden rekening houdend met het feit dat het totale aantal over de gehele golfvorm te nemen monsters begrensd wordt door de maximaal beschikbare golfvoimgeheu-genruimte.

De bononsteringsklok met digitale tijdbasis omvat.een basisklok 15 werkend op een voorafbepaalde vaste frequentie, een synchrone tellerreeks, die de basiskloksnelheid deelt in overeenstemming met voorafbepaalde bemonsteringssnelheden, en een klokpoort, die een uitgangspuls van de bemonstering sklok slechts doorlaat bij het samenvallen van een telleruit-gangspuls en een basisklokpuls.

20 De voorafbepaalde bemonsteringssnelheden en overeenkomstige aantal len monsters worden in een geheugen opgeslagen. Een teller..telt bemonste-ringsklokuitgangspulsen.en wanneer het aantal getelde pulsen overeenstemt met het opgeslagen aantal voor een bepaalde bemonsteringssnelheid wordt de volgende banonsteringssnelheid en het overeenkomstige aantal monsters 25 gekozen. Deze keuze vindt in hoofdzaak gelijktijdig plaats.met de laatste bsaonsteringsklokuitgangspuls, zodat de synchrone tellerreeks een puls-teller voor het verschijnen van de volgende -basisklokpuls geconditioneerd worden door de nieuwe'informatie. Het omschakelen'van de.ene.bemonsteringssnelheid naar de andere tijdens de acquisitie van de golfvorm is daardoor 30 samenhangend omdat geen onvoorspelbare of onbekende tijdvensters tussen de bemonstering sklokpuls en optreden.

De uitvinding verschaft een digitale tijdbasis met samenhangende snelheidsomschakeling, die daartoe wordt gekenmerkt door middelen voor het leveren van een aantal voorafbepaalde bemonsteringssnel-35 heden, een basisklok voor het leveren van basisklokpulsen met een voorafbepaalde frequentie, middelen die met de bemonsteringssnelheidsmiddelen en met de basisklok

-3- verbonden zijn voor het in overeenstemming met resp. voorafbepaalde be-monsteringssnelheden delen van de frequentie van de basisklokpiüsen ter verkrijging van bemonsteringsklokpulsen die in-hoofdzaak daarmee samenvallen, en 5 besturingsmiddelen ter verkrijging van een.voorafbepaald aantal baaonste-ringsklokpulsen voor elke voorafbepaalde bemonsteringssnelheid, "waarbij de besturingsmiddelen een volgende bemonsteringssnelheid kiezen nadat alle van het voorafbepaalde aantal bemonsteringsklokpulsen voor de voorgaande bemonsteringssnelheid zijn geleverd en voorafgaand aan de volgende 10 basisklokpuls.

De uitvinding beoogt tevens een bemonsteringsklok te verschaffen die geschikt is voor het samenhangend omschakelen van de ene bemonsteringssnelheid naar de andere tijdens de acquisitie van een golfvorm.

De uitvinding beoogt verder een nuttiger gebruik te maken van de 15- gifvormgeheugenruimte door het bemonsteren met snelheden die evenredig zijn met verwachte wijzigingssnelheden van.de golfvorm.

De uitvinding verschaft bovendien.een.digitale tijdbasis voor een golfvormacquisitiestelsel waarin de bemonsteringssnelheden. en de voor elke bemonsteringssnelheid.te verkrijgen aantallen monsters programmeerbaar 20 zijn.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening: fig. 1 toont een blokdiagram van een digitale tijdbasis volgens de uitvinding; fig. 2 toont een voorbeeld van een compacte geïdealiseerde golfvorm 25 van een met verschillende snelheden te digitaliseren analoog signaal; en fig. 3 toont een tijddiagram, aangevende de samenhangende snelheids-omschakeling.

Fig. 1 toont een blokdiagram van een tijdbasis voor een aequisitie-stelsel waarin analoge signalen via een ingangsklem 10 naar een golfvorm 30 aequisitieketen 12 gevoerd worden, wéke keten op zich bekende bemonster-houd en analoog-digitaalcmzetketens kan omvatten als gebruikt bij bekende digitale oscilloscopen. De aequisitieketen 12 beaonstert de ingangsgolf-vorm in overeenstemming met bemonsteringsklokpulsen afkomstig van een basisklok 14 en een bemonsteringsklokpoort 16 in de digitale tijdbasis-35 keten. Een adresteller 18 wordt door de bemonsteringsklokpulsen verhoogd en levert adressignalen voor het opslaan van digitale representaties van de analoge monsters in een golfvormgeheugen 20.

-u-

Hoewel golfvörmgeheugenstelsels . zowel’ acquisitie- als uitleesketens vereisen, heeft de uitvinding slechts betrekking op acquisitie; daarom is een beschrijving van de uitleesketens achterwege gelaten. Er wordt hierbij aangenomen dat het' uitlezèn voor weergavedoeleinden behóórt tot .de 5 kennis van een deskundige en dat dit met .bekende technieken ten uitvoer gebracht kan worden.

Een tijdbasis besturingsketen omvat een -f· I of N teller 22,. die de basiskloksnelheid deelt door de vooringestelde telmoduluswaarde afkomstig van een bemonsteringssnelheidsgeheugen 2^. De basisklok 1V kan een door 10 een kristal gestuurde oscillator zijn die klokpulsen levert met een vaste frequentie van bij voorbeeld 100 MHz. De -f K teller 22 kan elk aantal in de handel verkrijgbare tellers omvatten die een vooraf instelbaar aantal klokpulsen aftelt en aan het einde van elke aftèlperiode éen eindtelwaarde-signaal levert. In deze bijzondere uitvoeringsvorm is een synchrone rij 15 tellers toegepast ter verkrijging van een variabele fiodulusteller die geschikt is voor het delen van het kloksignaal van êên tot 10.000 in stap -pen van E=A x10. , waarbij 1 <> A £ 10 . en 0 £ B <3 en waarbij zowel A als B gehele getallen zijn. Het geheugen 2k voor de bemonsteringssnelheid kan een willekeurig toegankelijk geheugen (RAM) zijn die bedreven wordt als 20 een eerst-in/eerst-uit (FIFO) eenheid die wordt bestuurd door een adresteller 26. De adresteller 26 bestuurt eveneens een geheugen 28 voor de aantallen monsters en kan eveneens een'als FIFO eenheid bedreven RAM zijn. Een monsteraantalteller telt klokpulsen: afkomstig van de bemonsteringsklok-poort 16. Een digitale vergelijker 32 vergelijkt het getelde uitgangssig-25 naai van de teller 30 met de inhoud van het .geadresseerde deel van het geheugen 28 en indien er overèenstemming is levert de vergelijker een signaal dat via een verhoging spoort 3^· naar de .adresteller 26. gevoerd wordt waarop deze een stap verhoogd-wordt en het .volgende bemonsteringssnelheid of telmodulus of telmodulus in het geheugen'2¼ en het volgende aantal mon-30 sters in het geheugen 28 kiest.. Wanneer de ëindtelwaarde van de teller 30 bereikt is, levert een dergelijke teller.een signaal dat naar een terug-stelpoort 36 toegevoerd wordt voor het daarmee terugstellen van het stelsel.

De werking van acquisitiestelsel zal nu worden verduidelijkt aan 35 cle hand van een voorbeeld. Fig. 2 toont een compacte geïdealiseerde golf-vorm van een te digitaliseren analoge puls. De getoonde golfvorm heeft de vorm van een brede puls met relatief snel stijgende en dalende flanken.

8100806 -5-

Gesteld wordt dat deze golf vorm naar de ingangsklem 10 gevoerd wordt en dat de beschikbare geheugenruimte van het gfLfvormgeheugen 20 1000 geheu-genlocaties omvat en dat verder de klokshelheid van de basisklok 1¾ 100 MHz bedraagt. De golfvorm van fig. 2 kan verdeeld worden in drie segmenten 5 met resp. duren van 2 yus, 20 ms en 600 ^us. Deze drie segmenten worden begrensd door de punten BP1, BP2, BP3 en BPif. Het segment BP1-BP2 moet met een snelheid van 100 MHz bemonsterd worden en er moeten 200 monsters gencmen worden. Het segment BP2-BP3 moet .met een snelheid van 10 kHz bemonsterd worden en er moeten 200 monsters genomen worden. Het segment 10 BP3-BPit moet worden bemonsterd met een snelheid van 1 MHz en er moeten 600 monsters gencmen worden. Dit levert 1000 monsters voor het. geheel vullen van het geheugen 20 en levert ook ccmplete informatie omtrent de golfvorm. Er wordt aangenomen dat BP1 het trekkerpunt is. De.eerste stap is het laden van de voorafbepaalde informatie met betrekking tot de bemonste-15 ringssnelhedèn en de aantallen monsters voor elke snelheid in het tijd-basisbesturings stels el.

In de aanvang is het stelsel teruggezet. Dit wordt verzorgd door het te voeren van een logisch laag signaal naar een ingang van terugstel-poort 36, dat een Μ-poort is, vanaf een ingangsklem 40. De andere ingang, 20 voor de eindtelwaarde van de teller 30, ontvangt een logisch hoog signaal. De uitgang van de terugstelpoort 36 wordt daardoor laag, zodat terugstelling verkregen wordt van de adresteller 26, de teller 30 voor het aantal monsters, de geheugenadresteller 18 en een trekker flip-flop k2. Ha het terugzetten van het stelsel wordt bij voorbeeld met behulp van een ophaal-25 weerstand die met een ges'chikte voedingsbron verbonden is een logisch hoog signaal naar de ingangsklem Uo en daardoor naar de terugstelpoort 36 gevoerd, waardoor de uitgang daarvan hoog wordt. Op gelijke wijze wordt een logisch hoog signaal vanaf de ingangsklem IA naar de verhoging spoort 3^, dat ook een EH-poort is, gevoerd en wordt eveneens een logisch hoog sig-30 naai vanaf de vergelijker 32 naar de andere ingang van de verhoging spoort 3^ gevoerd, zodat de uitgang daarvan hoog is.

Vervolgens worden de gegevens voor de benonsteringssnelheid en het aantal te nemen monsters, bijvoorbeeld in de vorm van voorafbepaalde ge-gevenswoorden, in de resp. geheugens 2h en 28 geladen. Dit wordt uitgevoerd 35 door het als eerste plaatsen van de gegevens voor het segment BP1-BP2 op de laadlijnen en het toevoeren van een laadpuls aan een ingangsklem h6. Vervolgens wordt de adresteller 26 met een stap verhoogd door het toevoeren 8100806 -6- van een naar een logisch laag nivo. gaande puls’aan de ingangsklem lUk Vervolgens worden de gegevens voor het segment BP2-BP3 op de laadlijnen geplaatst en wordt het proces herhaald,totdat alle gegevens met betrekking tot de bemonsteringssnelheid en het aantal te nemen'monsters geladen 5 zijn. Ha het hierboven omschrevèn laadproces.wordt het', stelsel .weer teruggesteld waardoor de adresteller 26 in haar beginpositie komt. Door het terugstellen van de trekkerflip-flöp k2 blokkeert de terugstelpuls de geheugenadresteller 18 en de teller voor het aantal .te nemén monsters totdat het stelsel wordt geactiveerd door het toevoeren van een aanstoot- of 10 trekkerpuls op een ingangsklaa.Λ8. Dus, hoewel.de tijdbasis op de eerste snelheid werkzaam is, worden alle monsters genegeerd die door de golfvorm. aequisitieketen 12 voorafgaand aan het aanstoten van het stelsel genomen zijn.

Op een wijze als toegepast bij bekende oscilloscopen kan een 15 trekkersignaal van het analoge ingangssignaal afgeleid worden. Het analoge signaal kan bijvoorbeeld eerst verwerkt worden door een voorversterker, waarin een trekkersignaal wordt afgenomen dat dan vergeleken wordt met een instelbaar spanningsniveau voor het opwekken, van een trekkersignaal op elk gewenst punt van de golfvorm dat het analoge signaal voor stelt. In een der-20 gelijk geval wordt het analoge signaal vanaf de voorver sterker naar de golfvormacquisitieketen gevoerd via een vertragingslijn-teneinde voldoende tijd te hebben cm de tijdbasisketens te activeren en teneinde niets van het analoge signaal te missen. Het trekkersignaal wordt via de ingangs-klem ^-8 naar de klokingang van het flip-flop k2 gevoerd waardoor de Q uit-25 gang daarvan hoog wordt, zodat de adresteller 18 en de teller 30' voor het aantal monsters vrijgegeven wordt. Zoals eerder gezegd, is de tijdbasis reeds werkzaam op de eerste snelheid, te weten 100. MHz, cmdat het basis-kloksignaal door één gedeeld is. De uitgang voor.de eindtelwaarde van de teller 22 is logisch laag en de bemonsteringsklokpoort 16. is dienovereen-30 komstig een 0F-poort; die de neergaande bemonsteringsklokpulsen doorlaat wanneer beide ingangen daarvan laag zijn. De adresteller 18 en de teller 30 voor het aantal monsters beginnen de banonsteringsklokpulsen te tellen en de verkregen monsters worden in geadresseerde geheugenlocaties van het golfvormgeheugen 20 opgeslagen. Wanneer de 200-ste bemonsteringsklokpuls 35 door de teller 30 is geteld, wordt de uitgang van de vergelijker 32 laag, waardoor de uitgang van de verhogingspoort 3^ laag wordt, zodat de adresteller 26 een stap verhoogd wordt, waardoor in de geheugens 2.b en 28 de 8100806 -7- g eg evens voor de bemonsteringssnelheid en het aantal te .nemen pulsen behorend bij het tijdsegment BP2-BP3 gekozen worden. De basisklok heeft een klokperiode van 10 ns bij 100 MHz, en de voorgaande vergelijkeromscha-keling, de adrestellerverhoging en de vernieuwing van de geheugenuitvoer 5 treedt in minder dan 10 ns op, zodat de I teller 22 .vernieuwd wordt met de nieuwe snelheid voordat de volgende basisklokpuls optreedt. Op het breekpunt BP2 wordt de bsaonsteringsklokpulsuitgang van de bemonsterings-klokpoort 16 dus samenhangend cmgesehakeld van een snelheid van 1 MHz tot een snelheid van 10 kHz en treden geen'onbepaalde tijdvensters in de opge- 10. slagen golfvorm op.

Dit proces wordt herhaald.tussen de punten BP2 en BP3, waarbij de golfvormaequisitieketen 12 nog eens 200 monsters binnenhalt en bij het breekpunt BP3 wordt de bemonsteringsklokpulsuitgang van de bemonsterings-klokpoort 16 samenhangend cmgesehakeld van een snelheid van 10. kHz naar 15 een snelheid van 1 MHz. Tussen de punten BP3 en BPU worden nog eens 600 monsters binnengehaald, waarmee het geheugen geheel gevuld wordt.

Bij heübreekpunt BPit bereikt de teller 30 voor het aantal monsters de eindtelwaarde, waardoor een laag uitgangssignaal verkregen wordt dat naar de terugstelpoort 36 gevoerd wordt voor het terugstellen van het stelsel 20 op de bovenomschreven wijze.

In fig. 3 is de samenhangende snelheidsomschakeling in een tijd-diagram uitgebeeld. Ter verduidelijking en .een betere begrip van de samenhangende snelheids omschakeling zijn andere snelheden dan de voornoemde gekozen. Tussen de punten BP1 en BP2 wordt de basisklok gedeeld door êên 25 en wordt voor elke basisklokpuls een bemonsteringsklokpuls geleverd. Bij het punt BP2 wordt de snelheid cmgesehakeld en wordt de basisklok gedeeld door vijf, waarbij de eerste banonsteringsklokpuls tegelijk optreedt met ' de vijfde basisklokpuls volgend, op BP2. Hierdoor is de omschakeling coherent of samenhangend, cm dat er geen'onbepaalde of onbekende tijdvensters 30 in het uitgangssignaal van de.bemensteringsklok optreden. Bij het punt BP3 wordt de bemonsteringskloksnelheid weer samenhangend cmgesehakeld en wordt de basisklok door twee gedeeld. Opgemerkt wordt, dat de beaonsterings-klokpulsen samenvallen met de basisklokpulsen en dat de breekpunten bij de bemonsteringsklokpulsen optreden.

8100806

Claims (6)

1. 2. Digitale tijdbasis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het leveren van een aantal bemonsteringssnelhedën gevormd 20 worden door een eerste geheugen, dat de .besturingsmiddelen gevormd worden door een tweede geheugen voor de opslag van het aantal bemönsteringsklok-pulsen die voor elke bemonsteringssnelheid geleverd moeten worden, een teller voor het tellen van de geleverde bemonsteringsklokpülsen en voor het opwekken van een besturingssignaal wanneer het aantal getelde bemon-25 steringsklokpulsen overeenstemt met het uit het tweede geheugen' onttrokken aantal, en een adresteller die reageert op het besturingssignaal voor het kiezen van de volgende bemonsteringssnelheid in het eerste geheugen en het volgende aantal bemonsteringsklokpülsen.in. het tweede geheugen.
2. 3. Digitale tijdbasis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 30 middelen voor het delen van de klokfrequentie .gevormd worden door een teller, die klokpulsen terugtelt in overeenstemming met een telmodulus voorgesteld door de gekozen bemonsteringssnelheid .ter verkrijging van de bemonstering sklokpulsen . h. Digitale tijdbasis volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de 35 middelen voor het delen van de klokfrequentie verder gevormd worden door

   -9- een poort die reageert op het gelijktijdig optreden van het uitgangssignaal van de teller en de hasisklokpulsen .ter .verkrijging van de bemonster ingsklokpulsen.
3. 5. Digitale tijdbasis met samenhangende snelheidsomschakeling geken-5 merkt door een basisklok voor het leveren van hasisklokpulsen met een voorafbepaalde frequentie, > een variabele modulusteller die met de basisklok verbonden, is voor het delen van de frequentie van de basisklok in overèenstenming met de resp. 10 moduli van een aantal voorafbepaalde -telmoduli en middelen voor het zodanig omsehakelèn van de telmoduli dat de omschakeling plaatsvindt tussen een verdeelde basisklokpuls en een. volgende onverdeelde basisklokpuls.
4. 6. Digitale tijdbasis volgens conclusie. 5 gekenmerkt door middelen voor 15 het opslaan van een aantal voorafbepaalde telmoduli en een aantal voorafbepaalde aantallen verdeelde hasisklokpulsen die geleverd.moeten worden.
5. 7. Digitale tijdbasis volgens conclusie.6, gekenmerkt door een teller voor het tellen van een aantal verdeelde hasisklokpulsen.
6. 8. Digitale tijdbasis volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de om-20 schakelmiddelen middelen omvatten voor het opwekken van een schakelpuls wanneer het getelde aantal verdeelde hasisklokpulsen overeenstemt met een der voorafbepaalde aantallen te leveren pulsen, waarbij de middelen voor het opslaan van de voorafbëpaalde telmoduli en voorafbepaalde aantallen pulsen reageren op de schakelpuls ter verkrijging van een volgende tel-25 modulus en een volgend aantal die gelevérd moeten worden. 8100806