DE1462455A1 - Schaltungsanordnung fuer ein digitables Datenuebertragungssystem - Google Patents
Schaltungsanordnung fuer ein digitables DatenuebertragungssystemInfo
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- DE1462455A1 DE1462455A1 DE19661462455 DE1462455A DE1462455A1 DE 1462455 A1 DE1462455 A1 DE 1462455A1 DE 19661462455 DE19661462455 DE 19661462455 DE 1462455 A DE1462455 A DE 1462455A DE 1462455 A1 DE1462455 A1 DE 1462455A1
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- H04L25/4917—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems using multilevel codes
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- Theoretical Computer Science (AREA)
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- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Description
Dipl -Ing. Λ , ' ^ , L
8023 München-Pullach 1462455
Po . . Münohen-Pullach, 10, Mai 1968
Aktenzeichen: B 88 735 VIIIa/21a1 7/θ1 - P Ή 62 455.6
Anmelder: The Bendix Corporation
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HEUE UNTERLAGEN
HEUE UNTERLAGEN
Schaltungsanordnung für ein digitales Datenübertragungssystem
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein digitales Datenübertragungssystemjbei welchem senderseitig eine Verschlüsselungseinrichtung zur Transformation der digitalen Ein- '
gangsdaten in ein analoges Signal, sowie ein Modulator zum Aufprägen des Analogsignales auf einen Träger vorgesehen ist, und
wobei empfängerseitig ein Demodulator zum Empfang der übermittelten
ifelle und zum Darstellen der analogen Signalmodulation darauf, sov/ie eine Entschlüsselungseinrichtung zum V/iedergewinnen
der digitalen Eingangsdaten vorgesehen sind.
Die Geschwindigkeit, mit welcher Daten übertragen werden können, ist untrennbar mit der Bandbreite des Übertragungskanales verbunden.
Theoretisch können Daten in Binärform mit keiner größeren GescVhv.indigkeit übertragen werden als 2B Bit pro Sekunde, wenn
B die Bandbreite des Kanales in Hz ist. Überlegungen haben gezeigt,
rtaß diese Geschwindigkeit nur so lange eine absolute
Grenze für die Übertragungsgeschwindigkeit einer Information darstellt,
äü.p die Informrtion in binärer Form gesendet bzw. übermittelt
wird. Binäre Daten sind dadurch gekennzeichnet, daß nur auf zwei Pegeln Informationen vorliegen. Venn dieselbe Information
in ein herkömmliches Signal mit mehreren Pegeln transformiert wird, dann wird die neue Grenze für die Datenübertragungsgeschwindigkeit 2B l'ogpN Bit pro Sekunde, wenn N die Anzahl der
BAD ORIGINAL Unterlagen
Pegel und B wie oben die Bandbreite des übertragunrskarale^
dargestellt.
DiPBe Theorie gibt aber eine Übertragungsgeschwindigkeit an,
die in der Praxis nie erreicht werden kann und zwar einmal,
weil grundsätzlich eine rauschfreie Übertragung nicht möi.OioU
ist und weil zum zweiten die Anzahl der Pegel nicht unendlich
erhöht werden kann. Jedes Trr-pkti sehe tfte^tragrn^ssysterr ie-t mit
Pauschen behaftet und bei aller, bekannten Mitteln z^r S^-'n"·"1-pegelerfassung
sind Toleranzen im Betrieb unumgänglich.
Die Üb ermit tiling von Daten in Digital form zwischen verschiedenen
Geschäftsbetrieben er]"-igt nraktisci-.e Bedeutung. To^dplerweise
werden die Daten über dieselben Teleforleit-'ji ;ρ^ übermittelt,
die auch zum Surechverkehr dienen. Di*3 JT^nnbr^dl L-eite
sdbh'er Leitungen ist ^ KFz. Diese Leitungen sin'? nbei-* τ'oh*"
geeignet zur Datenuhertra.Tins1 nd.t mehr als "5 K^z Bf^i'ibrei^e,
da ihre Amplituden- und Phflseneißer.scbafter· st«.rk von e^n^r
verzerrungsfreien Leiten"· a
Die hier am meist er interessierenden t;i rensoi.'^f t*=n 8π'πμ ch'e
Dämpf unrsverr.erruni··, die Gripper lauf ZPit sov/?.e Art; unc Bptrag
des erzeugten Hauschens. Weiter ändern sieh diese "Ji---; ■--schäften
mit der Art der vorv/erdeten Te.1 afcnle^ tm.-·. Bei r--·!- ' frweise
ist die Dämpfun^-sverzer^ung bei Tril^ersyste-vie^ v/en-r',"".ioL
anders a."1 s bei Leitersysteaip'-i und hnt wiedei' andere \,'ev~,e bei
den verschiedenen in Drahtsystenie"" verv/ei„deten Kabel&rtei· . r.,;ei.-ter
ist offensichtlich die Art des Kabels bz'v. d~"e Anze'il der
Trägerverbin^ungen nicht frei v/ählbar, v/enr ejn Telefon esnr.üch
geführt wird. Das Wahlsystem verbindet di'·; miteinander ^r-y-eohe^-
den Stellen durch die ievreils zum Zeitpunkt des Gescr-'o^r
Verfügbare Fernleitung. Die GesorJicasra.rtner können infolgedessen
nie sicher sein, daß i.winer dieselbe Le? tun · o^e- 9.11c:N
H62455
nur derselbe Weg grundsätzlich zwischen den beiden Stationen
verfügbar.^ ist. .·...:-■,';.. ··,.-, ■.,-;■-..,■,.,.,,.- _. . :. , ,.- .■·.,. ,_.·.· ]_■:...^
Telefongespräche werden im wesentlichen in Ortsgespräche, Nahgespräche (bis 600 km); und Ferngespräche, ( 600 - 4QO0 km),
eingeteilt.- Der Telefonsprechkanal hat einen normalen Über- ,:
tragungsbereich von etwa 300 ■- 3300Hz. Wenn man die. Band-,
breite als diejenigen Frequenzen ausdrüokt, die weniger als 20
db relative dämpfung aufweisen·, dann haben 90 f>
aller Kreise Bandbreiten von mindestens 2700 Hz. Wenn aber dieBand- ·.-.
breite in Auedrücken .derjenigen Frequenzen definiert wird, ' ■>
.■■<■■ die weniger als 0,5 Millisekunden relativer Gruppenlaufzeit
aufweisen, dann haben 9Q^ aller Ferngespräche nur 1200 Hz
Bandbreite. Dies ist also ein erheblich geringerer Wert als
der nominelle 3 kHz SprechrDurchlassbereich. ..... >/.· ,·■■■:■·.>
Die Gruppenlaufzeit-Eigenschaften begrenzen im allgemeinen;
den Teil des Durchlassbandes., der zur Datenübertragung ver- ,
wendet werden kann. Die 0,5 Millisekunden Gruppenlaufzeit-Bandbreite
kann sich von etwa 1 kHz bis 2,6 kHz ändern. Zur Verwendung eines solchen Kanal es für Datenübertragung mit
hoher Geschwindigkeit ist eine intensive, lintzerrung an der
Jümpfangsstation erforderlich. Die Veränderung der Übertragungseigenschaften mit der Zeit ist klein; wenn ein gegebener
Kanal kontinuief-ich verwendet wird, dann ist ein häufiges
Ändern der Entzerrung nicht erforderlich. Wenn ein Netzwerk alt näherungsweiser Entzerrung verwendet wird, dann kann
»an für 90 £ aller Anruf· die minimale 0,5 Millisekunden
iAufaeitverzögerunge-Bandbreite von 1,0 bis 1,4 kHz ausdehnen. . ■.. .. ■■■■■.■■■
Ba in einigen Trägereinrichtungen keine Frequeni-Verriegelungemechantemen vorgesehen sind, tritt bei Feragesprächekanälen eint
BAD 0RJG4NAL
000003/0416
Frequenzverschiebung auf. Diese Frequenzverschiebung liegt etwa zwischen 2 und 20 Hz in Abhängigkeit der Einrichtungen, überv
welche das Gespräch läuft. Diese Frequenzverschiebung tritt als Problem bei allen Modulations systemen auf, die örtliche Standardfrequenzen
auf der Empfangsseite verwenden.
Bei Telefonanlagen treten eine ganze Reihe von statistisch verteilten
Verschiebungen auf, die als Kauschen bezeichnet werden. Dazu gehört das thermische Rauschen, das Rauschen von Röhren und
Halbleiterbauteilen, Kontaktrauschen, das induzierte, lietzbrummen,
atmosphärische Störungen, Schaltkreisunterbrechungen und Nebensprechen. Aus dieser Vielzahl von Ursachen ergibt sich ein im
wesentlichen konstantes und fast statistisch verteiltes ständiges
Rauschen mit niedrigem Pegel, in welchem gelegentlich Störungsspitzen mit hohem Pegel liegen. Die Verteilung des ständigen
Anteils des Rauschens ist nahezu statistisch und seine Größe hängtyab von der Tageszeit, dem Wetter, der Jahreszeit
sowie auch den jeweils verwendeten Schaltkreisen. Bei einem durchschnittlichen Signalpegel von -22dbm auf der Empfangsseite
ist das mittlere Signal-Rauschverhältnis 35 db. Bis zu 6 ^ aller Verbindungen haben ein Signal-Rauschverhältnis unter 10 db.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Schaltungsanordnung für ein Datenübertragungssystem der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe man unter Berücksichtigung
der oben erläuterten prinzipiellen Schwierigkeiten soviel Daten wie möglich über einen Kanal begrenzter Bandbreite
übermitteln kann.
läin zum Stand der Technik gehörendes Verfahren zum Übertragen
von Daten in Form einer binär kodierten Impulsfolge über einen Übertragungskanal mit begrenzter Bandbreite besteht darin,.
daß diese Impulsfolge in eine Y/ellenform mit drei unterseheid-
98Ot/84
baren Amplitudenbereichen, d.h. einem inneren und zwei äusseren
Bereichen, umgewandelt wird, in der sieh, die Amplitude von einem
Impuls zum nächsten maximal zwischen einem der drei Bereiche
zu einem angrenzenden Bereich ändern kann und in der
sich die zwei aufeinanderfolgenden: Aua^enbetreiehsimpulse in
demselben Aussenbereieh befinden, wenn die zwei Aussenbereichsimpulse durch eine gerade Anzahl von Innenbereichs impuls en voneinander
getrennt werden, jedoch in entgegengesetzten Aussenbereichen liegen, wenn sie durch eine ungerade Anzahl von Innenbereichsimpulsen
voneinander getrennt werden.
Im Gegensatz dazu geht die Erfindung aus von einer Schaltungsanordnung
der eingangs definierten Gattung und besteht darin, daß das von der Verschlüsselungseinrichtung erzeugte Analog-Signal
eine analoge Multipegelspannung ist, bei welcher die Amplitude von peak zu peak proportional einer vorherbestimmten
Anzahl von Bits der Eingangsdaten ist und die Jäntsehlüsselungseinrichtung
auf ^ede Veränderung dea Pegels der analogen Multipegelspannung
ansprechende Einrichtungen zur« Erzeugung eines digitalen Signales aufweist. Bei der Erfindung wird im wesent—
liehen ein senderseitig erzeugtes Multipegelsignal ohne Ände-*
rung seiner Art an die Empfangsstation gegeben und dort wird das empfangene/Signal dekodiert und in das ursprüngliche, binär
Daten darstellende Signal verwandelt, während nach dem zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag die übermittelte Datenwellenform
sich nicht in der Originalform befindet, sondern vielmehr in drei von einem Detektor erfassbare Amplitudenzonen
verlegt ist, nämlich zwei äussere Zonen und eine innere Zone. An der Empfangsstation bestimmt dann ein Detektor, ob die
Amplitude des empfangenen, geänderten Signales sich Inder inneren Zone befindet und aus dieser Erfassung wird "dann die
Originalwellenform· rekonstruiert. Mit Hilfe des Verfahrens nach
dem bekannten Yorsehlag kann Man nur bezogen, auf die Bandbreitenbegrenzung des Übertragungskanals die doppelte Übertragungsgeschwindigkeit
erreichen. Eine größere Übertragungsgeschwiildig-
& 0 9 8 0 3 /CU:?6 BAD
keit kann bei dem bekannten "Vorschlag grundsätzlich nicht erreicht
werden, während dies bei der Erfindung grundsätzlich möglich ist. Bei der Erfindung wird z.B. beim Arbeiten mit'
vier Pegeln eine dreimal größere übertragungsgeschwindigkeit erzielt als bei einem herkömmlichen Binärsystem und beim Arbeiten
mit sechs Pegeln ist die übertragungsgeschwindigkeit sogar fünfmal, höher als bei herkömmlichen Binärverfahren.
Die vorliegende Erfindung erreicht eine Erhöhung der Datengeschwindigkeit
durch Codierungseinrichtungen, die ein Binärsignal in ein Analogsignal umwandeln. Wenn bei der Transformation
H" logische Einheiten zur Erzeugung einer Periode des analogen Signales erforderlich sind, dann kann das analoge
Signal als M-Pegel-Signal betrachtet werden, welches theoretisch
Daten mit einer Geschwindigkeit übertragen kann, die M-1 grosser ist als die Übertragungsgeschwindigkeit bei binären
Signalen für dieselbe Bandbreite. Eine Folge dieser Verminderung der Anforderungen an die Bandbreite ist eine Verschiebung
der wichtigen Komponenten des Signalspektrums in
Sichtung auf niedrigere Frequenzen. Da Telefon- und Radioschaltungen
nicht für die Übertragung von niederfrequenten" Signalen eingerichtet sind, sind Modulierungsmittel erforderlich,
um die niederen Frequenzen "des Basisband-Analogsignales auf eine Frequenz zu heben, die innerhalb des Durchlassbereiches
des Ubertragungskreis.ee- liegt. Dabei bleibt jaberf
der Vorteil der Verringerung der Bandbreite erhalten.
Im wesentlichen weist die Verschlüsselungs- oder Transformationsschaltung
nach, der Erfindung einen vorwärts und rückwärts arbeitenden
Zähler auf, an welchen die Signale in binärer Datenform angelegt werden. Jede binäre eins des Signales''bewirkt,
daß die Zählung im Zähler erhöht wird, bis ein vorherbestimmter
Zählerinhalt erreicht ist, woraufhin weitere folgende binäre
909803/04
logische KLnser eine Reduzierung des Zählerinhalts herab bis
zur anfänglichen Zählung bewirken, die z.B. als Hull angenommen
werden kann. Folgende logische Einser bewirken eine Wiederholung des Zyklus im Zähler. Wenn als N/2 die maximale
Änderung der Zählung im Zahler ist, dann sind N logische
Einser erforderlich zur Erzeugung einer Periode des Zählers. Entsprechend ist die Anzahl der Pegel von 2 auf M erzeugt
und die Datengeschwindigkeit pro Periode der Bandbreite wird N = 2 (M-1). Es sind weiter Mittel vorgesehen, um die im Zähler
gespeicherte Zahl in eine analoge Spannung zu transformieren, welche -die Modulation der Welle für das Senden steuert.
Am Empfänger wird die Trägerwelle demoduliert, um das analoge Basisbandsignal zu erhalten. Dieses Signal wird dann decodiert
und man erhält einen binären Datensignalausgang.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben eich
aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Systems unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigen:
Fig. 1A und 1B Bbckdiagramme des Datensenders bzw. des
Datenempfängers nach der Erfindung;
_SL^„ein BlockJLisgraimii der YerschltisseluiigseinriGh=^
tung nach Pi^
Fig. 2A eine graphische
jeweils angeschalteten Tore Anzahl der Pegel für die
Fig. 3 ein Blockdiagramm der Verschlüsselungseinrich?
tung und der Zeitgeberteile nach der Fig. 1Bj
Fig. 3A in Form einer Karte die Zuordnung der AnscM.-tung
verschiedener Tore in Fig. 3 zu Anzahl der übermittelten Signalpegel; und
OWGlHAL INSPECTED
909803/0485
Pig. 4 eine im System auftauchende Wellenformen zum Erläutern der Arbeitsweise des Systems.
In Figur 1 ist im Blookdiagramm ein Sender dargestellt, der dazu dient, über Telefonleitungen entsprechend der Erfindung
verschlüsselte Datensignale zu übermitteln. Ein Audio-Oszillator 10 schwingt mit einer Frequenz, die nahe der Frequenz der
minimalen Gruppenlaufzeit der Übertragungsleitung liegt. Diese " Frequenzen können zwischen 1000 und 2000 Hz liegen. Der verstärkte
Ausgang des Schwingkreises 10 wird als ein Eingang in einen abgeglichenen Diodenring-Modulator 12 eingegeben, der
als Steuereingang ebenfalls den Ausgang des Verschlüsselungsgenerators 14 empfängt. Die Wellenform des Yerschlüsselungsgenerators
ähnelt einer auf den Linien stufenweisen Dreieckswelle, wobei diese Welle immer mehr einer Dreieckswelle ähnelt,
je mehr Pegel verwendet werden. Der Ausgang des Modulators ist
eine sowohl hinsichtlich ihrer Amplitude modulierte als auch durch Phasenverschiebung verschlüsselte Trägerwelle. Die Amplituden
der Welle hängen ab von der Anzahl der gewählten Ausgangsverschlüsselungspegel, während die Phase der Welle die
( Polarität der Pegel anzeigt. Wenn zwei Pegel gewählt werden,
dann ist der Ausgang des Yerschlüsselungsgenerators eine Rechteckwellenform
und der Modulatorausgang ist eine mit konstanter Amplitude laufende Trägerwelle, die in ihrer Phase für jede
binäre eins um 180° umgekehrt ist. Wenn drei Ausgangspegel für den Verschlüsselungsgenerator gewählt werden, erzeugt die erste
binäre eins am Eingang einen Träger einer ersten Phase (+), die
zweite binäre einlässt den Träger verschwinden und die dritte binäre eins lässt den Träger mit entgegengesetzter Phase (-) .
wieder erscheinen. Die Basisband-Wellenform hätte also eine positive Stufe, einen Teil mit dem Pegel Full und eine negative
Stufe. Da eine binäre eins dazu erforderlich ist, eine einzelne· Veränderung im Pegel am Ausgang des Verschlüsselungsgenerators
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U62455
zu erzeugeni können die drei Ausgangspegel des Verschlüsselungsgenerators
Informationen mit einer Geschwindigkeit von 4 Bit
pro Periode der Bandbreite übermitteln.
Der Ausgang der Modulators 12 geht über ein Bandpassfilter 15
und einen Verstärker 16 zur Übertragungsleitung.
Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 1B die Schaltung des
Empfängers beschrieben. Der Eingang aus der Übertragungsleitung führt durch ein Bandpassfilter 20 und einen Verstärker 21 mit
gesteuerter Verstärkung. Der Ausgang des Verstärkers 21 wird einem Vollweggleiohrichter 22 zugeführt, welcher die Frequenz
des !Prägers verdoppelt. Diese verdoppelte Frequenz (3600 Hz) wird an einen Schwingkreis 23 mit hoher Güte gelegt, der mit
der verdoppelten Frequenz schwingt. Bin Null-Durchgang-Detektor
und Rechteckverstärker 24, der einen Schmitt-Triggerkreis aufweisen kann, formt den Ausgang des Schwingkreises 24 in
eine Rechteckwelle mit konstanter Amplitude. Diese Rechteokwelle
wird durch eine Verzögerungsschaltung 25 geschickt, die
eine 90°, Phasenverschiebung bei der 1800 Hz-Trägerfrequenz bewirkt. IFeiter wird das Signal einem Frequenzteiler 26 zugeführt,
der die Frequenz durch zwei teilt. Die Blöcke 22 26 erzeugen ein Bezugssignal, welches um 90° zum einlaufenden
Signal phasenverschoben ist, und das in einem synchronen Demodulator
27 verwendet werden soll.
Der Demodulator 27 weist einen abgeglichenen Phasendetektor auf, der einen Ausgang erzeugt, dessen Grosse abhängt von der
Amplitude des Signals vom Verstärker 21 und dessen -Polarität von der Phase des eingehenden Signals bezüglich des Bezugssignales
abhängt. Ein Tiefpassfilter 28 weist Harmonische zurück, die vom Demodulator erzeugt werden und ergibt am Auegang
die Basisbandwellenform, die am Ausgang des Verschlüsselungs-
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generators 14 des Senders vorliegt. Die wiedererhaltene Basisbandwellenform
wird in einem Gleichstromverstärker 29 verstärkt und der Entschlüsselungsschaltung 31 eingegeben. Die nunmehr
verbleibenden Blöcke 32 - 36 der Fig. 1B dienen zur zeitlichen
Ordnung des Datenausgangs.
Der Verschlüsselungsgenerator 14 ist in Hg, 2 dargestellt. Er weist einen Vorwärts- Rückwärtszähler mit Torschaltmitteln
w auf, die zur Auswahl der Zählungen pro Periode dienen. Drei
Flip-Flops 41-43 mit gemeinsamen Eingängen 45 - 47 sind durch UND-Tore 51-54 gekoppelt, um nach oben die Wechsel des Datensignal
eingang es bis sechs zu zählen und dann die Zählung nach unten durchzuführen usw. Die Richtung der Zählung wird yon
einem Flip-Flop 55 gesteuert, welcher entweder die TOD-Tore
53 und 54 durch eine Vorwärtssteuerleitung 56 anschaltet oder die UND-Tore 51 und 52 über eine Rückwärtssteuerleitung 57.
Die Arbeitsweise des Zählers ist wie folgt: Es wird zunächst
angenommen, daß die Flip-Flops 41 - 53 auf Null gestellt sind, d.h. ihre komplementären Ausgänge W, X und Y sind angeschaltet
und die Vorwärtssteuerleitung 56 ist erregt. Das erste Bit des Datensignals schaltet das Flip-Flop 41 um, so daß
es einen komplementären Zustand annimmt, in dem W an ist und W aus ist. Dieses Digit kann aber die Flip-Flops 46 oder 47
nicht zum Umschalten bringen, weil das Tor 53 zum Zeitpunkt von dessen Erscheinen nicht angeschaltet war, da W im Aus-Zustand
war. Die Zählung nach dem ersten Wechsel ist von rechts nach links gelesen also 001, d.h. Y ist aus, X ist aus und W
ist an. Das zweite Bit des Datensignales schaltet das Flip-Flop 41 um und wird durch das dann angeschaltete Tor 53 zur
.■umschaltung von Flip-Flop 42 weitergeleitet. Die Zählung beträgt
dann 010 entsprechend Y aus, X an, W aus. Das dritte Bit schaltet das Flip-Flop 41 um, aber nicht den Flip-Flop
42, weil das Tor 53 wieder nicht angeschaltet war. Damit steht
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die Zählung bei 011 entsprechend Y aus, X an, W an. Das vierte
Bit geht durch die geöffneten Tore.53 und 54 zur Umschaltung
aller dreier Flip-flops. Damit steht die Zählung auf 100, entsprechend Y an, X aus, W aus. Die Zählung schreitet dann fort
bis die gezählte Summe sechs erreicht ist und entsprechend Y an, X an, W aus. Diese Zählung wird von einem UND-Tor 58 erfasst,
welches das Komplement von W empfängt und ferner X, Y und eine Anschalt- oder Einschaltspannung F. Das Flip-Flop 55
wird in seinen Komplementärzustand geschaltet, wodurch die Rückwärtssteuerleitung 57 erregt und die Vorwärtssteuerleitung
56 entregt wird.
Der siebte Bit des Eingangs schaltet das Flip-Flop 41 um und geht durch das geöffnete Tor 51 zur Umschaltung an das Flip-Flop
42. Damit steht die Schaltung auf 101 entsprechend W an, X aus, Y an (entsprechend der Zahl 5 im Zehnersystem). Weiter
folgende Eingangs-Bits bewirken, daß die Zählung nach unten geht, bis der Wert 001 entsprechend Y aus, X aus, W an, erreicht
ist. Das UND-Tor 59, welches W empfängt, die Komplemente von X und Y, sowie eine Ansohaltspannung E, ist dann
angeschaltet, schaltet das Flip-Flop 55 um, wodurch dann wiederum die Torwärtssteuerleitung 56 erregt und die Rüokwärtssteuedeitung
57 entregt wird. Daraufhin wiederholt sich dieser periodische Zählvorgang.
Eine Bewertungssohaltung mit Widerständen 60 - 63 von gleichem Wert, die an die W-X-Y- Ausgänge der Zähler gelegt sind und
die mit Widerständen 65 und 66 von halbem Wert an einen Belastungswider stand 67 gelegt 0ist, entwickelt über dem Belastungswider
stand eine Spannung, die analog ist dem Stand der Zählung im Zähler. Das heisst also, daß die Spannung über
dem Widerstand 67 in gleichen Schritten mit jedem zur Zählung addierten Bit von einem Mindestwert bei der Zählung eins auf
909803/0485
einen maximalen negativen Wert bei der Zählung sechs ansteigt.
Der Datensignaleingang zum Zähler führt durch ein UND-Tor 82, welches die Daten mit einem Zeitgeber- oder Uhrsignal kombiniert,
um einen binären Wechsel bei jeder zu sendenden logischen eins zu erzeugen. Eine Serie von logischen Einsen bewirkt damit,
daß der Zähler einen zyklischen Ausgang erzeugt. Logische Nullen bewirken keine Änderung des Zustandes im Zähler,
so daß der Ausgangspegel des Zählers konstant bleibt, wenn eine Null gesendet wird.
Ein anderes Verschlüsselungsschema wird dann erhalten, wenn man einfach das Und-Tor 82 auslässt und die Daten allein als
Zählereingang verwendet. Der Pegel des Verschlüsselungsausgangs ändert sich dann nur, wenn das Datensignal sich von
einer logischen Null auf eine logische Eins ändert. Der später zu beschreibende Entschlüsseier arbeitet mit dem oben zuerst
beschriebenen Verschlüsselungssystem, bei dem der gesendete Signalpegel sich mit jeder logischen Jblins im Datensignal
ändert.
Man kann auch weniger als sechs Ausgangspegel durch eine Einrichtung
wählen, die UND-Tore 67 - 70 und einen Betriebsartenschalter
71 auf weist.'Die Tore 67 - 70 werden in der in der Tabelle
der Fig. 2A gezeigten Weise geöffnet, damit der Zähler bei dem gewählten Ausgangspegel mit einem neuen Zyklus beginnt.
Der Schalter 71 weist Kontakte A-F und gekuppelte Schaltarme 71 - 74 auf. Die Schaltarme oder Schaltglieder 72 und 73
erden Paare von Kontakten gemäss der Ordnung von -ü'ig. 2A und
öffnen damit dasjenige Paar von UND-Toren b8, 59, 67-70,
welches die geerdeten Kontakte als Eingänge hat. Wenn beispielsweise der Ausgangspegel zwei gewählt wird, dann erden die Kontaktarme
72 und 73 die Kontakte A und B, wodurch die Torschal- ·
90 9803 /CU 85
tungen 69 und 70 teilweise geöffnet werden. Das Tor 70 wird "bei
der Zählung vier vollständig geöffnet und bewirkt damit, daß der Zähler seine Dichtung umdreht. Bei der Zählung drei ist
das Tor 69 vollständig offen und bewirkt, daß der Zähler sich vorwärts bewegt.
Bei zwei Ausgangspegel wechselt die über dem Belastungswi-derstand
abfallende Spannung 67 zwischen dem Wert entsprechend der Zählung drei und dem entsprechend der Zählung vier. Da
diese Spannungen von gleicher Polarität sind, muss man eine Vorspannung, die gleich dem Mittelwert der Spannungspegel für
drei und vier ist, davon abziehen, um dem Modulator 12 zwei verschieden polige Spannungen zuführen zu können. Wenn drei
Ausgangspegel gewählt werden, bestimmen die Torschaltungen
und 70 die Arbeitsweise des Zählers, der dann zwischen den Zählungen von zwei und vier hin- und herschwingt. Dabei wird
dann eine Vorspannung gebrauoht, die gleioh ist dem Spannungsabfall, der bä der Zählung drei über dem Belastungswiderstand
67 auftritt. Diese Vorspannung wird für alle ungradzahligen Ausgangspegel benötigt, während der obige Wert einer Vorspannung
dann benötigt wird, wenn eine gradzahlige Anzahl von Pegel- η gewählt wird.
Die Vorspannung wird vom Schaltarm 74 einem Gleichspannungsverstärker
81 zugeführt, welcher die Vorspannung mit der Zählerausgangsspannung
kombiniert, um so zweipolige Multipegel-Signale zu erzeugen. Mit geraden Zahlen bezeichnete Kontakte
sind mit einem von den Widerständen 75 und 76 gebildeten Spannungsteiler verbunden und ungradzahlig bezeichnete Kontakte
sind mit einem von den Widerständen 77 und 78 gebildeten Spannungsteiler verbunden. Der Ausgang des Verstärkers
wird dem Modulator 12 zugeführt, der in der oben beschriebenen
09803/0485
Weise die hinsichtlich Amplitude und Phasenverschiebung modulierten
Signale erzeugt.
Im folgenden werden unter Hinweis auf ^ig. 3 die in I1Ig. 1B
erscheinenden Blöcke 31-36 erläutert.
Das im Demodulator 27 erhaltene und im Verstärker 29 verstärkte bipolare Multipegelsignal wird im Verstärker 100 in ein unifc
polares Multipegelsignal durch Addition einer entsprechenden Vorspannung transformiert. Der Ausgang des Verstärkers 100
wird gleichzeitig an mehrere Schmitt-Trigger 101 - 105 gelegt, die derart eingestellt sind, daß sie bei sukzessiv ansteigendem
Signalpegel umschalten. Solange die Eingangsamplitude diesen Schwellwert an je einem der Schmitt-Trigger übersteigt,
erscheint ein Ausgang an der entsprechenden Ausgangsleitung 106 - 110 der Schmitt-Trigger-Kreise. Wenn die Signalamplitude des Eingangs unterhalb des eingestellten Schwellwerts
des jeweiligen Schmitt-Triggers ist, dann erscheint an den entsprechenden Komplementärleitungen 112 - 116 der nicht
getriggerten Schmitt-Trigger eine Ausgangsgrösse. Die Ausgänge
der den Einsern entsprechenden Leitungen 106 - 110 und der den
Komplementen entsprechenden leitungen werden differenziert und durch ODER-Tore 117 einer örtlichen Synchronisationsleitung
118 zugeführt, die ihrerseits zu dem digitalen Daten-Phasenvergleicher
führt. Die Schaltung zur Erzeugung örtlicher Zeitsignale, die mit den einlaufenden Daten synchronisiert
sind, wird weiter unten beschrieben. Pur den Augenblick soll angenommen werden, daß solche Zeitsignale über die leitung
119 verfügbar sind. Mit jedem der Zeitimpulse wird der Zustand der Triggerschaltungen 101 - 105 durch UND-Tore 121 130
erfasst, die mit den Stell- und Rückstelleingängen von Flip-Flops 132 - 136 verbunden sind, um zu bewirken, daß die
Flip-Flops denjenigen Zustand jeweils einnehmen, den auch der
909803/0 U85
1462453
zugeordnete jeweilige Schmitt-Trigger einnimmt.
Die den Einsern und die den Einser-Komplementen zugeordneten Ausgänge der flip-Flops 132 - 156 sind durch UlTD-Impul st ore
138 - 147 mit dem Stelleingang eines Flip-Flops 150 verbunden.. Die Tore 138 - 147 werden entsprechend der Tabelle der
Fig. 3A geöffnet. Die Triggerschaltungen 101 - 105 sind so eingestellt, daß sie auf ansteigende Signalpegel ansprechen,
z.B. auf 2,0 Volt für den Trigger 101, 2,5 Volt für den Trigger 102, 3,0 YoIt für den Trigger 103, 3,5 Volt für
den TriggerΊ04, 4,0 Volt für den Trigger 105. Wenn ein Zwei-Pegelsignal
gesendet wird, dann schwingt der Signalpegel um einen Wert entsprechend den Zählungen drei und vier des VerschlüBselers
nach Fig. 2. Dann ist es nur notwendig die Übergänge der Triggerschaltung 103 zu erfassen, die von dem der
Zählung vier entsprechenden Signalpegel betätigt wird, um das einlaufende Signal zu decodieren. Es sei angenommen, daß
das einlaufende Bit eine binäre Hull sei. Am Ausgang des Verstärkers 100 ist dann ein Signalpegel vorhanden, der der
Zählung drei der Verschlüsselungseinrichtung entspricht. Die Triggerschaltungen 101 und 102 werden also betätigt, Wenn
eine binäre Eins dann gesendet wird, dann steigt der Ausgang am Verstärker 100 auf 3 Volt. Der Ausgang über die Leitung
des Triggers 103 bewirkt dann die Einstellung in einen Zustand
des Flip-Flops 134, wodurch der Ausgang durch das geöffnete Tor 143 den Flip-Flop 150 in den einen Zustand stellen kann.
Die entgegengesetzte Phase des Zeitsignales, welches auf der Leitung 152 steht, bewirkt die Rückstellung des Flip-Flops
150 in der Mitte des Intervalls zwischen den Daten-Bit und überträgt den Zustand des Flip-Flops 150 durch die MD-Tore
153 und 154 auf ein Flip-Flop 155» Die Tore 153 und 154 sowie
das Flip-Flop 155 bilden den Block 36 der Fig. 1B. Wenn
90 9803/04 8
das nächste Daten-Bit eine logische Eins ist, dann fällt der
Pegel am Ausgang des Verstärkers 100 unter 3 Volt, wodurch der Trigger 103 in seinen anderen Zustand übergeht. Der dem
Komplement entsprechende Impuls wird durch das Tor 125 geleitet und "bewirkt die Zurückstellung des Flip-Flops 134. Das
Tor 142 lässt den Komplementausgang des Flip-Flops 134 zum Flip-Flop 150 gelangen und stellt den letzteren auf "eins".
" In der nun folgenden Hälfte des Halb-Bit-Intervalls überträgt
das Tor 153 den der Eins entsprechenden Ausgang des FlipTFlops
150 auf das Flip-Flop 155. Wenn das nächste Daten-Bit eine logische Null ist, dann ändert sich der Pegel des Ausgangs am
Verstärker 100 nicht und damit ändert auch keine der Triggerschaltungen ihren Zustand. Der Trigger 103 bleibt in seinem
Komplement-Zustand, der Flip-Flop 134 ändert also seinen Zustand
nicht und es wird kein Impuls weitergeleitet, um den Flip-Flop 150 zu stellen. Das Komplement des Flip-Flops 150
wird dadurch während des Datenintervalls durch das Tor 154 geleitet, um das Flip-Flop 155 in seinen Komplement-Zustand zurückzustellen,
womit die Übertragung einer logischen Null angezeigt wird.
Der Zeitgeberschwinger wird von einem spannungsgesteuerten Oszillator 32 gebildet, der mit der doppelten Bit-Frequenz
arbeitet. Der Schwinger weist weiter ein Flip-Flop 34 auf, der die Oszillatorfrequenz auf die Frequenz der Bit teilt,
sowie einen digitalen Phasenverglelcher 33, der die Frequenzsteuerspannung
an den Oszillator 32 liefert. Im Phasenvergleicher 33 empfängt ein Flip-Flop 160 differenzierte Ausgänge
von jedem der ODER-Tore 117 an demjenigen Eingang, an
dem er in den einen Zustand eingestellt wird, so daß jeder Übergang der Trigger 101 - 105 die Stellung des Flip-Flop
in dieser Einstellung bewirkt. Beide Phasen des Zeitgeber-
909803/0485
Signales, die auf den Leitungen 161 und 162 vom Flip-Flop
34 vorliegen, "bewirken, daß· das flip-flop 160 zurück gestellt
wird. Der Ausgang des Flip-Flop 160 wird an zwei Impulstore
164 und 165, die nach Art von UND-Toren ausgebildet sind, gegeben,
welche ausserdem als jeweils zweiter Eingang_entgegengesetzte
Phasen des Zeitgebersignales vom Flip-Flop/erhalten.
Die Impulstore 164 und 165 steuern Impulsgeneratoren 166 und 167 mit entgegengesetzten Impulsen, die einen Integrierkondensator
168 speisen. Wenn die einkommenden Daten zu früh einlaufen, d.h. daß die Zeitgeberfrequenz zu niedrig ist,
wird das Flip-Flop 160 zu der Zeit eingestellt, bei welcher eines der beiden Tore, z.B. das Tor 165, geöffnet ist. Dadurch
wird der Impulsgenerator 167 zur Erzeugung eines Impulses derartiger Polarität angestoßen, daß die Frequenz des
Oszillators 32 ansteigt. Diese Impulse werden im Kondensator 168 angesammelt,, der mit der Zeit eine solche Spannung annimmt,
daß er die Frequenz des Oszillators 32 auf die doppelte Bit-Frequenz
Btellt. Dann ist die Frequenz dee Ausgangs des Flip-Flops
34 gleich der Bit-Frequenz und die einlaufenden Daten bewirken, daß das Flip-Flop 160 zu dem Zeitpunkt gestellt wird,
der zusammenfällt mit der Anstiegskante der Zeitgeberimpulse auf den Leitungen 161 und 162. Während eines kleinen Zeitabschnittes
im Bereich der Anstiegsflanke der Zeitgeber-impulse werden entweder beide Tore 164 und 165 geöffnet oder keines
von beiden? in jedem der beiden Fälle tritt aber keine Spannungsänderung am Kondensator 168 auf, weil entweder zwei Impulse entgegengesetzter
Polarität an den Kondensator angelegt werden, oder überhaupt kein Impuls. Wenn die Frequenz des Oszillators
32 anfangs zu hoch ist, dann arbeitet der Phasenvergleicher in der oben beschriebenen Weise aber entgegengesetzter Riohtung
und bewirkt eine Absenkung der Ausgangsfrequenz des Flip-Flops 34 auf einen Wert, der gleich ist der Bit-Frequenz der einlaufenden Daten.
909803/0485
Im folgenden soll die Wirkungsweise des Systems nach der Erfindung
unter Hinweis auf I1Ig. 4 erläutert werden, die verschiedene
.Wellenformen mit gleicher Zeitachse zeigt. Das Eingangsdatensignal
soll von dem Linienzug A dargestellt sein, womit es entsprechend der Darstellung tier Binärzahl 110100111 entspricht.
Wenn der Dateneingang eine logische Eins ist, bewirkt ein positiver Zeitgeberimpuls (linienzug B), daß der Zähler der Verschlüsselungseinrichtung
um eine Einheit weitergerückt wird.. Das Bit kann dabei die im Zähler vorhandene Summe erhöhen
oder erniedrigen, je nachdem, ob der Zähler sich gerade in
Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung bewegt. Wenn das Eingangssignal eine logische ITuIl ist, dann ergibt sich keine Änderung
des Inhalts des Zählers.
Wie die linie G in Fig. 4 zeigt, bewirkt die eins der Eingangsgrösse
im ersten Bit-Intervall, daß der Zähler in seiner Zählung eine Stufe nach oben geht, und zwar genauso, wie die zweite eins
während des zweiten Bit-Intervalls. Das dritte Bit ist eine Null
und also wird die Zählung nicht verändert. Das vierte Bit ist eine eins, aber der Zähler erreichte seinen maximalen'Stand bei
der vorhergehenden eins und hat sich nun umgekehrt. Daher wird der Zählerinhalt für das vierte Bit um eins vermindert. Die
fünften und sechsten Bits sind Nullen, so daß also keine Änderung im Zähler eintritt. Das siebte, das achte und das neunte
Bit sind jeweils Einser, wodurch jedes solche Bit ein Nachuntenzählen im Zähler bewirkt, wobei ausserdem das neunte Bit den
Zähler wieder in die Vorwärtsrichtung umstellt, weil fünf Niveaus überschritten wurden, seit diemaximale Zählung im
Zähler während des zweiten Bit erreicht wurde.
Die Linie D zeigt die Modulation des Trägers. Positive Niveaus oder Pegel der Verschlüsselungseinrichtung, von denen zwei vorhanden
sind, werden durch zwei Trägerpegel wiedergegeben bzw.
9 0 D S C 3 / 0 Λ Ö b
gesendet. Negative Pegel des Versohlüsslers, wovon ebenfalls
zwei vorliegen, werden von denselben beiden Trägerniveaus aber mit umgekärter Trägerphase wiedergegeben. Der Ausgang
des Demodulators am Empfänger ist von derselben Form wie von dem Linienzug 0 gezeigt. Zur Entschlüsselung wird eine Vorspannung
addiert, um alle Pegel des Demodulatorausgangs über die gestrichelte linie unterhalb der Linie C, die als Bezugslinie
gilt, zu heben. Diese Pegel bewirken die Betätigung der Triggerschaltungen 101 - 104, wie dies mit der Reihe E in fig. 4 gezeigt
ist. Da die Übergänge der Triggerkreise von einem Zustand in denranderen und nicht ihr Zustand selber, d.h. das
"ein" oder "aus", das Einstellen des Flip-Flops 150 besorgen, wird eine Triggerschaltung weniger benötigt,als die Anzahl der
Pegel im Demodulatorausgang beträgt. Der Ausgang des Flip-Flops 150 ist als Linienzug F gezeigt. Die Daten des FliprFlops 150
werden an der Mitte des Bit-Intervalls zum FlipxFlop 155 übertragen.
Der Ausgang von FlipxFlop 155, der mit dem Linienzug H gezeigt ist, ist damit genau eine Rekonstruktion der Originaldaten
des Linienzuges A.
909803/0486
Claims (8)
- ZOKo/Po . München-Pullach, 10. Mai 1968Aktenzeichen! B 88 735 VIIIa/21a,1, 7/01 Anmelder} The Bendix CorporationNEUE PATENTANSPKÜCHESchaltungsanordnung für ein digitales Datenü"bertragungssystem, "bei welchem senderseitig eine Verschlüsselungseinrichtung zur^ Transformation der digitalen Eingangsdaten in ein analoges Signal, sowie ein Modulator zum Aufprägen des Analogsignales auf einen Träger vorgesehen ist, und wobei empfängerseitig ein Demodulator zum Empfang der übermittelten Welle und zum Darstellen der analogen Signalmodulation darauf, sowie eine Entschlüsselungseinrichtung zum Wiedergewinnen der digitalen Eingangsdaten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Verschlüsselungseinrichtung (14) erzeugte Analog-Signal eine analoge Multipegelspannung ist, bei welcher die Amplitude von peak zu peak proportional einer vorherbestimmten Anzahl von Bits der Eingangsdaten ist und die Entschlüsselungseinrichtung (31) auf jede Veränderung des Pegels der analogen Multipegelspannung ansprechende ifiinrichtungen (101 - 105, 132 - 136, 150^55) zur Erzeugung eines digitalen Signales aufweist.
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlüsselungseinrichtung einen Zähler (41 - 43) aufweist, der bei jedem Eingangs-Bit einen Schritt weiter zählt, bis eine vorherbestimmte maximale Summe gezählt ist, wobei eine bei vorliegender maximalen Zählung im Zähler ansprechende Einrichtung den Zähler umschaltet, und daß eine Ausgangsspannung von der Verschlüsse-lungseinrichtung erzeugt wird, die proportional der Zählung im Zähler ist.909803/0^85Unterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. 1 Satz 3 des Änderunflsges. y, 4, S« ISSZlΙΑ
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig ein Schwingkreis (32,34) zur Erzeugung von SynchronisationsSignalen vorgesehen ist, der mit der Frequenz der einlaufenden Daten synchron gesteuert ist«
- 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschlüsselungseinxiohtung mehrere Trigger-Sohaltungen (101 - 105) aufweist, die jeweils bei sukzessiv ansteigenden Pegeln der Eingangsspannung ihren Zustand ändern.
- 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von ersten Flip-Flop-Kreisen (132-136), logische Schaltmittel (121-13Oj. zum Einstellen der Flip-Flops auf den Zustand der Triggerkreise (101 - 105) "bei Erscheinen eines ersten Synchronisationssignals vom Zeitgeber-Oszillator (32, 34), durch einen zweiten Flip-Flop (15P) und mehrere Impuls-Tore (138 - 147), die zusammen die Ausgänge der ersten Flip-Flop-Kreise (132 - 136) an das zweite Flip-Flop (150) legen, um dieses zweite Flip-Flop bei Änderung des zweiten Zustandeε eines jeden der ersten Flip-Flops (132 - 136) zu stellen, und durch Mittel zum Zurückstellen des zweiten Flip-Flops (150) bei Erscheinen eines zweiten Synohronisierungssignals von dem synchronisierten Oszillator in der iintsohlüsselungseinrichtung.
- 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Einrichtung (160, 164 - 168) die Ausgänge der Triggerschaltungen (101 - 105) zur Einstellung der Frequenz des synchronisierten Oszillators (32, 34) empfängt.
- 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler eine Anzahl von Flip-Flops (41 - 43) mit je einem Eingang aufweist, die von einem Zustand in den anderen bei Anlegen eines Signales an diesen Eingang übergehen, daß eine erste90980 3/UAÖ5-χαVielzahl von logischen Schaltungen (53, 54) vorgesehen ist, die aufeinanderfolgende Flip-Flops trennen, um an den Eingang eines folgenden Flip-Flops den Ausgang des ersten Flip-Flops zusammen mit dem Ausgang des zweiten vorangehenden Flip-rFlops zu koppeln, wobei eine zweite Mehrzahl von logischen Schaltungen (51,52) vorgesehen ist, die aufeinanderfolgende Flip-Flops voneinander trennt um zum Eingang eines folgenden Flip-Flops das Komplement des Ausgangs des ersten vorhergehenden Flip-Flops zusammen mit f dem Komplement des zweiten vorhergehenden Flip-Flops zu koppeln, und daß eine dritte Mehrzahl von logischen Schaltungen (58, 59, 67 - 70) vorgesehen ist, um die von den Zuständen aller Flip-Flops dargestellte Zahl zu testen und die erste und zweite Vielzahl logischer Schaltungen abwechselnd bei Erscheinen der ersten und zweiten vorherbestimmten Zahl im Zähler zu öffnen.
- 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator einen abgeglichenen Modulator (12) aufweist, der die Amplitude des Trägers entsprechend der Größe der analogen Multipegelspannung der Verschlüsselungseinrichtung (14) und die Phase des Trägers entsprechend der Polarität dieser analogen Spannung steuert.9= Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der synchronisierte Oszillator (32,34) einen spannungsgesteuerten Schwingkreis (32) aufweist, der mit der doppelten Bit-Frequenz der digitalen Daten, mit welcher er"synchronisiert ist, schwingt, und eine erste Flip-Flop-SchaHung (34) zum Spannungsteilen der Oszillator-Frequenz, dessen Ausgänge entgegengesetzte Phasen des Eingangssignales des synchronisierten Oszillators darstellen und daß die gesteuerte Schaltung (160, 164 - 168) eine zweite Flip-Flop-Schaltung aufweist, die von den einlaufenden Signaldaten in einen Zustand und von einer909003/0485-I'llPolarität des Signales von jeder Phase des Ausgangs des Flip-Flops (34) zurückgestellt wird, wobei zwei Impulstore (164» 165) nach Art von UUD-Toren je durch eine Polarität der entgegengesetzten Phasen des Ausgangs des Flip-Flops (34) zur öffnung vorbereitet werden und vom zweiten Flip-Flop-Kreis (160) vollständig geöffnet werden, und zwei Impulsgeneratoren (166,167) die Impulse entgegengesetzter Polarität erzeugen und von je einem der Impulstore gesteuert werden, und daß eine Integrierschaltung vorgesehen ist, an welche die Ausgänge der Impulsgeneratoren zur Sammlung einer Steuerspannung für den spannungsges*euerten Oszillator (32) vorgesehen ist.9'0S8037O4f 6
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