DE1762827A1

DE1762827A1 - Stufenspannungsgenerator

Info

Publication number: DE1762827A1
Application number: DE19681762827
Authority: DE
Inventors: Joseph Leostic
Original assignee: Alcatel CIT SA; Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1967-09-04
Filing date: 1968-09-04
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3581116A; GB1192706A; FR1542693A; NL6812546A; BE719994A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-ΙΝΘ. QRALFS «.««./

DIPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

PATENTANWÄLTE

4. September 1968 Pi/Hu - C 94-1

CI-.T. - COMPAGWIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS 12, rue de la Baume, 75 Paris 8, Prankreich

S tufenspannungsgenerator

Die Erfindung betrifft einen Stufenspannungsgenerator, der beispielsweise einen Spannungsbereich zwischen Null und U-VoIt überdeckt und insbesondere geeignet ist, eine vollständige Abtastung oder Abfragung von Null bis U Volt durchzuführen, und zwar entweder einmal oder in fortlaufender Wiederholung. Die Abtastung kann aber auch an einer Zwischenstellung angehalten werden, und es ist ferner möglich, ausgehend von einer Zwischenstellung eine Steigerung positiver oder negativer Art durchzuführen.

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BRAUNSCHVVEJQ, AM BUflOCWAnK · 9 (MM) « ·** ·7 B MÜNCHEN 22, noeCRT-KOCH-STPl' 1 « (oen) aa« to

Ein derartiger Stufenspannungsgenerator wird u.a. vorteilhafterweise in funktioneller Verbindung mit bestimmten Arten von Empfängern für Punkübertragungen verwendet, bei denen ein durch eine Polarisationsspannung gesteuerter Oszillator dazu gebracht werden muß, eine Frequenz zu liefern, die entsprechend einem Abtastvorgang erhalten wurde.

Derartige Abtastvorgänge können vorzugsweise mittels zweier Verfahren erhalten werden. Entweder kann dazu an eine Diode mit variabler Kapazität, die einen Teil des Oszillatorkreises bildet, eine sich sägezahnförmig ändernde Spannung angelegt werden, oder es kann einer derartigen Diode eine sich stufenförmig ändernde Spannung zugeführt werden. Die Erfindung bezieht sich auf einen Vorgang gemäß dee. zweiten Verfahrens.

Es ist bekannt, eine sich stufenförmig ändernde Spannung mittels eines elektromechanischen Schrittsehalters zu schaffen, welcher im wesentlichen ein Sohaltrad aufweist, das unter der Wirkung elektrischer Impulse jedesmal um eine Schaltstellung weiterschaltet. Derartige Einrichtungen werden verbreitet in der Fernsprechtechnik verwendet, wo sie ausgezeichnete Ergebnisse erbringen.

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Die Anzahl von Schaltateilungen, die eine derartige Vorrichtung aufweisen kann, kann jedoch praktisch einige zehn Schaltstellungen, z.B. fünfzig Schaltstellungen, nicht überschreiten. Andererseits liegt die größte Geschwindigkeit, die eine derartige Vorrichtung aufweisen kann, in der Größenordnung von einigen zehn Hubvorgängen pro Sekunde, z.B. zwanzig Hubvorgängen pro Sekunde. Schließlich besitzt eine derartige Vorrichtung (|

nur eine einzige Laufrichtung.

es
-Be- Ist/erforderlich, eine wesentlich höhere Anzahl von Stufen pro Sekunde aus Gründen maximaler Kapazität und maximaler Geschwindigkeit, z.B. mehrere tausend Stufen, zu schaffen, so muß die elektromechanische Lösung zugunsten einer elektronischen Lösung fallengelassen werden. Es ist bekannt, einen"elektronischen Schrittschalter" mit großer Genauigkeit und großer Geschwindigkeit zu schaffen, welcher einen geeigneten Taktfrequenz geber mit beispielsweise einigen Megahertz, einen addierenden-subtrahierenden Zähler und einen numerisch-analogen Wandler, dem eine Bewertungseinrichtung zugeordnet ist, aufweist.

Handelt es sich jedoch um mehrere tausend Stufen, so wird Jedoch die aus Wandler und Bewertungseinrichtung

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bestehende Anordnung zu einer komplizierten Vorrichtung

große mit mehreren Dekaden, für die eine Anzahl von von Bauteilen benötigt wird.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Stufenspannungsgenerators von elektronischer Art, der mehrere tausend aufeinanderfolgende Stufen in einigen Sekunden ^ liefert, in einer Zwischenstellung anhalten, sowie in der einen oder anderen Richtung von einer Zwischenstellung aus starten kann und von einfachem und wirtschaftlichem Aufbau ist.

Gemäß der Erfindung besteht ein Stufenspannungsgenerator aus Einrichtungen zur auf numerischem Wege erfolgenden Erzeugung eines Stromes oder einer Spannung in Form von Hechteckimpuls en der Dauer Lt₀, wobei t_Q ein konstantes Intervall und 1 eine ganze Zahl ist, die sich zwischen Null und einem maximalen Wert N im Verlauf eines kleinen Zyklus der Dauer T ändern kann, wobei T « ^N«^fc _o ^ist» sowie Einrichtungen zur aufeinanderfolgenden erneuten Erzeugung von K identischen kleinen Zyklen, welche zusammen einen großen Zyklus der Dauer K.T bilden, und Integrationseinrichtungen zur Erzeugung einer während der gesamten Dauer eines großen Zyklus konstanten Spannung an einer Ausgangsklensne, wo-

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bei diese Spannung proportional der Zahl i ist.

Die im nachfolgenden gegebene detaillierte Analyse der Wirkungsweise wird zeigen, daß eine derartige Vorrichtung folgende Besonderheiten aufweist:

1. Sie arbeitet gemäß einem gleichförmigen Zyklus von unbegrenzt wiederholten N Impulsen. *

2. Eine Einheitsstufe besitzt die Dauer eines großen Zyklus oder Hauptzyklus, was K kleinen Zyklen der Dauer T entspricht.

3. Die Abtastung kann bei einer vorbestimmten Stufe angehalten werden, welche solange wie gewünscht beibehalten werden kann.

b. Der elektrische Wert einer Stufe, z.B. in Volt, ist gegeben durch eine Integrationsdauer, die durch die Ordnung i der Stufe definiert ist.

vienn t das zweiiüaktimpulsejbrennende Intervall iet, so ist die Dauer eines kleinen Zyklus T ■ N · t_Q; die IrtBgrationsdauer im Verlauf eines Zyklus ist t^ = i · t ; die Dauer eines großen Zyklus ist t« « K · T * K · N · t ;

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die Dauer einer vollständigen Abtastung ist gleich

t„ = Nt₀ = KN² · fc . Jc O

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden beispielsweise anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Ubersichtsdarsteilung der gesamten Anordnung, und

Fig. 2 eine zur Erläuterung der Wirkungsweise dienende Kurvendarstellung.

In Fig. 1 ist mit der ßezugsziffer 11 ein Zähler der Kapazität N bezeichnet, welcher bei a die zu zählenden Impulse erhält und je nach der Polarität einer bei b angelegten Steuerspannung addiert oder subtrahiert. Beispielsweise kann dieser Zähler addieren, wenn b positiv ist, und subtrahieren, wenn b negativ ist. Derartige Zähler sind Inder Technik allgemein bekannt. Der vom Zähler 11 angezeigte Wert ändert sich relativ langsam, und zwar wird er bei Intervallen von KT um eine Einheit erhöht oder vermindert. Die Bedeutung von K und von T wird im einzelnen nooh erläutert.

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Die bei a ankommenden Impulse werden von einem UND-Gatter 22 geliefert, dessen Aufgabe ebenfalls noch erläutert

Mit der Bezugsziffer 13 ist ein anderer Zähler der Kapazität N bezeichnet, welcher Zählimpulse empfangen kann, die von einem Taktgeber 21 über ein UND-Gatter 22 geliefert werden. μ

Mit der Bezugsziffer Ik ist ein dritter Zähler bezeichnet,.der gleichermaßen von der Kapazität N ist und die Zählimpulse direkt vom Ausgang des Taktgebers 21 erhält.

ist

Der Ausgang des Zählers lVmit «tem Eingang eines Zählers 15 der Kapazität K verbunden.

Der Ausgang des Zählers 15 liegt am Eingang eines UND- '

Gatters 23, dessen Ausgang mit der Klemme a des Zählers

11 verbunden ist. Das Gatter 23 weist noch einen anderen Eingang auf, der an eine Steuerklemme A angeschlossen ist.

Die Steuerklemme A kann einen logischen Wert 1 annehmen, wobei in diesem Falle das Gatter 23 leitend ist, oder

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einen logischen Wert 0, wobei in diesem Falle das Gatter 23 gesperrt ist.

Mit der Bezugsziffer 12 ist ein Koinzidenzregister bezeichnet, das einerseits an den Zähler 11 und andererseits an den Zähler 13 angeschlossen ist und einen Ausgangsimpuls liefert, wenn der Zähler 13 den gleichen Wert wie der Zähler 11 anzeigt.

Mit der Bezugsziffer 16 ist eine bistabile Kippstufe bezeichnet, die einen Eingang G, der mit dem Ausgang des Registers 12 verbunden ist, und einen Ausgang D aufweist, welcher am Eingang eine» Integrators 17 liegt.

Es wird angenommen, daß der Ausgang G der Kippstufe 16 für einen logischen Wert 0 auf einer Spannung von + 12 Volt und für einen logischen Wert 1 auf einer Spannung von 0 Volt liegt.

Der Integrator 17 besitzt eine an eich bekannte Energiespeicherzelle, die von einer Diode 17a, einer Indukti vität 17b,einem Kondensator 17c und einem RC-GIied gebildet wird. An der Ausgangskiemme 18 wird eine Stufenspannung erhalten*

0 0 9 8 A 9 / 1 St'fr¹***«*⁶ ·' ^

Mit dem Bezugszeichen 24 ist ein Organ bezeichnet, das bei voller Kapazität des Zählers 11 gesteuert die Null-Rückstellung der Stufenspannung über eine Leitung 25 bewirkt, indem der Integrator 17 beim Ankommen der N-ten und letzten Stufe vollständig entladen wird.

Der Komplementärausgang E der Kippstufe 16 ist mit einem Steuereingang des UND-Gatters 22 verbunden.

Die Ausgangsgröße des Zählers 14, die einerseits dem Eingang des Zählers 15 zugeführt wird, liegt ferner bei Null-Rückstellung am Zähler 13 sowie an einem Eingang H der Kippstufe 16.

Wenn im Verlauf eines Zählzyklus, der läeiner Zyklus genannt wird, das Register 12 den gleichen Wert i an seinen beiden Eingängen erhält, so legt es eine logische 1 an den Eingang G der Kippstufe 16.

Der Zähler 14, der als Teiler mit fester Ordnung N arbeitet, läßt nach jedem Durchgang von N Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls passieren.

Der Zähler 15, der als Teiler mit fester Ordnung K arbeitet, läßt nach jedem Durchgang von K Eingangsimpulsen einen Ausgangsimpuls passieren. A und B sind zwei Steuerkltmmen. Wenn an A ein Signal mit dem logischen Wert 1 angelegt wird, so ist das Gatter 23

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BAD ORKätNAL

-IQ-

leitend. Wird an A ein Signal mit dem logischen Wert 0 angelegt, so ist das Gatter 23 gesperrt.

Bei B kann entweder ein positives Signal angelegt werden, wobei in diesem Falle die Klemme b des Zählers 11 eine positive Polarität erhält und der Zähler 11 addiert, oder ein negatives Signal, wobei in diesem Falle der Zähler 11 subtrahiert.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Es wird angenommen, daß das Signal bei A eine ist, daß das Signal bei B positiv ist und daß der Zähler 11 einen Wert 1 anzeigt.

Nach einer stätgefundenen Null-Rückstellung (es wird noch erläutert, auf welche Weise dies erfolgt) befindet sich die Kippstufe 16 im Ruhezustand, die Klemme D liegt auf 0 und die Klemme E auf 1. Die Folge davon ist, daß das UND-Gatter 2? leitend ist. Die Impulse des Taktgebers 21 werden vom Zähler 13 empfangen.

Die Taktgeber impulse werden auch direkt von dem Zähler-Teiler 14 empfangen.

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6AD ORIGINAL

Wenn der Zähler 13 den Wert i erreicht, legt das Register 12 eine 1 an den Eingang G der Kippstufe 16. Die Folge davon ist, daß d«r Punkt ΰ, der sich auf +12 Volt befand, auf 0 Volt fällt.

Die Zeit, die erforderlich ist, damit N Taktgeber impulse in den Zähler 14· gelangen, stellt einen kleinen Zyklus der Dauer T dar. Am Ende eines kleinen Zyklus legt der Zähler-Teiler I¹V einen Impuls an den Eingang des Zähl er-Teilers 15 an. Der Zähler-Teiler 15 legt somit· einen Impuls an das leitende Gatter 23 und an den Zähler 11 am Ende eines großen Zyklus der Dauer KT an.

Jedesmal dann, wenn der Zähler 14 seine volle Kapazität N erreicht, bzw. seinen Maximalwert durchläuft, setzt der ausgesandte Impuls den Zähler 13 auf 0 und die Kippstufe 16 auf 1 zurück.

Der Impuls, der den Zähler 11 am Ende von K kleinen Zyklen erreicht, schaltet diesen Zähler um eine Einheit weiter. Von da an wird das Register 12 für i + 1 eine Koinzidenz feststellen. Dieser Vorgang gilt entsprechend für weitere Zyklen, wobei bei allen K kleinen Zyklen der Zähler 11 um eine Einheit fortschreiten wird und

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die Koinzidenz bei einem um eine Einheit erhöhten Zählzustand stattfinden wird.

Bei negativer Klemme B wird die Zählordnung jedesmal um eine Einheit verringert anstatt erhöht zu werden.

Wenn an der Klemme A eine Null anliegt und das Gatter 23 nicht-leitend wird, so bleibt der Zählzustand im Zähler 11 konstant und die Koinzidenz wird stets für den gleichen Zustand i erhalten.

Fig. 2 zeigt eine Anzahl K von Bechteckimpulsen, die am Punkt D am Eingang des Integrators ankommen, und die am Ausgang 18 erhaltene Spannungsstufe. Wenn die Ordnung der Stufe von i auf i+1 ansteigt, so wird die Breite der Hechteckimpulse um eine Breiteneinheit größer, und die Höhe V der Stufe wird um eine Stufenhöheneinheit größer und geht von V₁ auf V₁₊₁ über.

Wenn die Breite der Hechteckimpulse konstant bleibt, wird am Ausgang eine Dauerstufe erhalten.

Beispielsweise kann eine Taktfrequenz von 10 NHz . (t_Q m 10"⁷ s) und für N - 1000 und K-IO gewählt wer den. Entsprechend der angegebenen Formel wird damit

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als Dauer für eine vollständige Abtastung

ο to = K · N · t = 1 Sekunde erhalten.

-Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Stufenspannungsgenerator, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur auf numerischem Wege erfolgenden Erzeugung eines Stromes oder einer Spannung in Form von Rechteckimpulsen der Dauer 1 · t_Q, wobei t_Q ein konstantes Intervall und i eine ganze Zahl ist, die sich während eines kleinen Zyklus der Dauer T mit T=N · t zwischen Null und einem Maximum N ändern kann, sowie Einrichtungen zur auf&nand erfolg enden wiederholten Erzeugung von K Identischen kleinen Zyklen, welche zusammen einen großen Zyklus der Dauer K · T bilden, und Integrationseinrichtungen zur Erzeugung einer Konstantspannung an einer Ausgangsklemme während der gesamten Dauer eines großen Zyklus, wobei diese Spannung proportional der Zahl 1 1st.
2. Stufenspannungsgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Änderung der ganzen Zahl i um +1 oder -1 in jedem großen Zyklus, sowie Einrichtungen zur Konstanthaltung dieser ganzen Zahl solange es gewünscht wird.
3. Stufena-pannungsgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2,

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g e k ennz eichnet durch einen Taktimpulsgenerator, einen addierenden-subtrahierenden ersten Zähler der Kapazität N, der zu einem bestimmten Zeitpunkt einen numerischen Wert i aufweist, welcher zwischen Null und einem festen Maximalwert N liegt, einen zweiten Zähler der Kapazität N, der die Taktimpulse empfangen kann, ein Anzeigeregister, das die Schaffung einer Koinzidenz zwischen dem durch den zweiten Zähler markierten Wert und dem durch den ersten Zähler markierten Wert i ermöglicht, ehern dritten Zähler der Kapazität N, der ständig die Taktimpulse empfangen kann und als Teiler mit fester Ordnung N arbeitet und am Ausgang einen Impuls zur Null-Rückstellung des zweiten Zählers und einen Eingangs impuls für einen vierten Zähler der Kapazität K liefert, welcher als Teiler mit fester Ordnung K arbeitet, wobei K praktisch Vorzugsweise viel kleiner als N ist und ein Ausgangsimpuls des vierten Zählers als Eingangsimpuls für den ersten Zähler dient, sowie logische Einrichtungen und Ünrichtungen zur Erzeugung einer Rechteckspannung konstanter Höhe und zur Zahl i proportionaler Breite bei jedem kleinen Zyklus.

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4. StufenspannungBgenerator nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet , daß der erste Zähler in Übereinstimmung mit einem äußeren Befehl vor- oder zurücklaufen kann.

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ORIGINAL INSPECTED