DE2006997A1

DE2006997A1 - Zählsystem zur Messung der Differenz zwischen den Frequenzen zweier Signale

Info

Publication number: DE2006997A1
Application number: DE19702006997
Authority: DE
Inventors: Morito Tokio Koyama
Original assignee: Iwasaki Tsushinki KK
Current assignee: Iwasaki Tsushinki KK
Priority date: 1969-02-14
Filing date: 1970-02-16
Publication date: 1970-09-03
Also published as: US3626307A; FR2035367A5

Description

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER . PAfENTANVyALTE

A 207O

¹ SMONCHENQa WIDENMAYERSTRASSEB

T-t. _l6t

Ml/Bi

Firma IViASAKI TSUSHINKI KABUSHIKI KAISHA, L-¹Ml, Kugayama,

Suginami-Ku, Tokyo-To, Japan

Zählsysteni zur Messung der Differenz zwischen den Frequenzen zweier Signale

Die Erfindung-betrifft" ein Zählsystem zur Messung einer Differenz zwischen den Frequenzen zweier Signale.

Auf dem Gebiete der automatischen Regelung oder Messung in der Industrie -usw. ist "es häufig nötig.,; den Wert der Differenz zwischen- zwei Vierten zu messen. Sind diese beiden Vierte Fre.rquenzinformationen öder Informationen, die in Frequenzinformationen umsetzbar sind, so wird diese Messung der Differenz zwischen den beiden Vierten üblicherweise nach folgendem Prinzip durchgeführt. ■

Bei einem dieser herkömmlichen Systeme wird die Schwingungszahl oder Frequenz eines Interferenzsignals gezählt, das

009836/ UBB

enkhnu» Merck, FlncK * Co., München, Nr. 95 404 I Bankhaus H. Aufhftuser, MUnohan, Nr. αβιβοο Postscheck! München aoao* ,

Talagrammadreesat Patenteenlor

Frequenz hat, Vielehe gleich der Differenz zwischen den beiden Frequenzen F, und Fp ist. In einem solchen System wird ein Frequenzmischer, ein Detektor für das Interferenzsignal, ein Tiefpassfilter und v/erden Verstärker benötigt zusätzlich zu dem Frequenzzähler. Außerdem ist der Frequenzbereich der beiden Eingangsfrequenzen F. und F₂ durch die Störfrequenz des Tiefpassfilters begrenzt. Ist die Differenz zwischen den beiden Eingangsfrequenzen F.,Fp außerdem sehr klein, so muß der Verstärker ein Signal sehr niedriger Frequenz verstärken, das nahezu einem Gleichstrom gleichkommt.

Bei einem anderen herkömmlichen System v/ird ein umkehrbarer Zähler verwendet, der die Differenzfrequenz auf die Weise erzählt, daß er zunächst die eine Frequenz (z.B. F,) der beiden Eingangssignale in der Plusrichtung zählt und dann die andere Frequenz (z.3. F_p) der beiden Eingangssignale in der Iiinusrichtung. Als Ergebnis dieser beiden Zähloperationen kann die Differenz zwischen den beiden Frequenzen F, und F der beiden Eingangssignal erhalten werden. Es ist jedoch bei einem derartigen System ein umkehrbarer Zähler erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zählsystem zu schaffen, das die Differenz zwischen zvjei Frequenzen zweier Signale messen kann und dabei lediglich einen einfachen Zähler benötigt, der die Ein^angsimpulse der Signale in einer Richtung zählt.

Entsprechend eines Merkmals der Erfindung v/erden Ausgangs-

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BAD ORIGINAL

i_t deren Pulszahl der Differenz zwischen den beiden F?eQuenzen zweier Eingangssignale entspricht, in einem ein- < fachen Signal—Umsetzer erzeugt* So kann dann die Differenz .;. zwischen den Frequenzen der beiden Eingangssignale einfach durch ZHhlen der Anzahl der Ausgangsimpulse gemessen werden, wobei nur ein einfacher Zähler benötigt wird. Da ein umkehrbarer Zähler bei dem System nach der Erfindung nicht benötigt wird im Gegensatz zu den herkömmlichen Systemen, ist der Schaltungsaufbau bei der Erfindung vergleichsweise einfacher. t>a auch ein Filter, wie es in den bekannten Systemen angewendet^wird, bei der Erfindung nicht erforderlich ist, kann mit dem erfindungsgemäßen System die Differenz zwischen zwei Eingangssignalen in einem weiten Frequenzbereich gemessen werden.

An Hand der nun folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die .Erfindung nochmals deutlich offenbar, wobei gleiche Teile in der Zeichnung mit gleichen Symbolen und Bezugsziffern bezeichnet sind. Es zeigen:

Fig« 1 Ein Blockschaltbild, das den Aufbau des erfindungsgemäßen Zählsystems wiedergibt;

Fig. 2 und j Erläuterungsschemata der Arbeitsweise" .einer logischen Folgeschaltung, die in dem erfindungs^emäßen System verwen-

. det wird; .

Fig. 4 ein Blockschaltbild, .das ein Aus führ *u ng sbeispiel der logischen Folgeschaltunr darstellt, wie sie in Fig. 2 benutzt ;»^Tird;

Fig. i: ein Zeitdiacram ::ur Srlt'utervav; der Ar">citc-

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weise der logischen Folgeschaltung

gemäß Fig. 4;

Flg. 6 ein Blockschaltbild, das der Erläuterung eines bei dem erfindungßgemäßen System verwendeten Signalwandlers dientj und

Fig. 7 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Signalwandlers nach Fig. 6.

In Fig. 1 ist ein Signalwandler 1, ein logischer Polgeschaltkreis und ein Zähler 3 dargestellt.

' Der Signalwandler 1 wandelt ein erstes Eingangssignal A und ein zweites Eingangssignal B in eine erste Impulskette

j Aa um, deren Impulse von jeder Sehv/ingung des ersten Eingangssignals A zeitgesteuert sind, und in eine zweite Impulßkette Ba, deren Impulse von jeder Schwingung des zweiten Eingangß-

: signals B zeitgesteuert sind. Die EingangsSignale A und B sind z.3. Sinusschwingungen. Die Bedingungen der ersten und

. zweiten Impulrkette Aa und Ba sind im Hinblick auf die logischen ί

Elemente, die die logische Felgeschaltung 2 bilden, welche deiö Signalwandler 1 nach^eschaltet 1st, ausgerichtet.

Die lo^irj'.vie Fol-c-schaltunc P hat drei moeliche Zustände 1,11 irid III, ;;ic -Jio;· 1:. Ti-. 7. :-..;;edeutet ist. Fig. 2 stellt ein Diagramm dar, das Jio lc^isciiC..-. Or-eraticncn des logischen Polgeschaltkrelsc.-j erir.'i^ert, v/oloi öle c.roi kleinen Kreise drei nicgliche r:u:;tiiadc des locicchen Fclgeschaltkreisec 2 andeuten seilen, 'die derr. Fachmann bekannt sind und mit den Bezugs-

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' - 0AD OWQlNAL

■hi:

* ι

zeichen I, II und III gekennzeichnet sind. Die Richtung des Übergangs zwischen zwei Zuständen I, II und III ist durch Pfeile'angedeutet. Die Zustände der beiden Impulsketten Aa und Ba und die Zahl ζ eines Ausgangsimpulses, die die Faktoren jedes Übergangs sind, sind zur linken und rechten Seite eines Schrägstriches an die Pfeile herangeschrieben.

In diesem Fall ist der Zustand I ein Rücksteilzustand oder ein Zustand,, in welchem ein Ausgangs impuls oder mehrere Ausgangsimpulse, deren Anzahl der Differenz zwischen der Zahl der erhaltenen Impulse der Impulsketten Aa und Ba entspricht, (d.h.: Frequenzdifferenz zwischen den beiden Eingängssignalen A und B) erzeugt worden sind. Der Zustand II ist ein Zustand, in welchem, wenn die Zahl der erhaltenen Impulse der Impulskette Aa größer ist als die Zahl der aufgenommenen Impulse der Impulskette Ba, nur ein Impuls, der von den Ausgangsimpulsen erhalten würde, deren Anzahl der Differenz zwischen der erhaltenen Pulszahl der Impulskette Aa und Ba entspricht, gehalten wird, nachdem alle anderen Ausgangsimpulse ausgesendet wurden. Der Zustand III ist ein Zustand, der.angenommen wird, wenn die Zahl der Impulse der Impuls-kette Ba größer ist als die Impulszahl der Impulskette Aa. Die übrigen Bedingungen des Zustands III sind die-selben wie diejenigen des Zustands ;II.

• Mit anderen Worten ist die Differenz zwischen den Impulszahlen der Impulsketten Aa und Ba, die in einer bestimmten Zeit

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QWfOfNALfNSPECTEO

ankommen, gleich einem Wert d, und ist die Anzq$& der Auef gangsimpulse C, die dabei erzeugt werden, gleioh der Zahl

z, so gelten die folgenden Gleichungen (1) und (2) für die

*. Zustände I und II und III:

_< . Zustand I d - ζ = 0 τ....... ·■·(!}

Zustand II und ...I
V III d - ζ = 1 (2)

An Hand der Fig. 2 soll der Arbeitsablauf der logischen ^ Folgeschaltung 2 nun beschrieben werden. In Zustand I der logischen Folge schaltung 2 ist, wenn die Impulsketten Aa und Ba die Zustände " 1" und "1" annehmen (mit anderen Worten in jeder Impülskette Aa und Ba zu gleicher Zeit ein Impuls ankommt), die Anzahl ζ der Ausgangsimpulse null (d.h. es tritt kein Ausgangsimpuls C auf), und dieser Zustand I än- ^?li- dert sich nicht, da die Differenz d zwischen den ankommenden Impulsen der Impulskette Aa und Ba weiterhin null bleibt, wie dies Gleichung (1) darlegt. Nehmen im Zustand I die Impulsketten Aa und Ba die Zustände in "1" und in "O" ein, so geht der Zustand I in den Zustand II über, da nur von der Implus-

kette Aa ein Impuls angenommen wird. In diesem Fall ist die i t

Differenz d = 1. Wird nun angenommen, daß die Zahl ζ der

AusgangsImpulse null ist, so ist die Gleichung (2) erfüllt. .. Nehmen nun die Impulsketten Aa und Ba die Zustände "0" und "1" an, während die logische Folgeschaltung 2 im Zustand I sich befindet, so ist die Zahl ζ der Auseangsimpulse ebenfalls

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null,' damit die Gleichung (2) erfüllt ist.

Im Zustand II der logischen Folgeschaltung 2 wird, wenn die Impulsketten Aa und Ba die Zustände "1" und "1" annehmen, kein Ausgangsimpuls-erzeugt, und der Zustand II wird nicht geändert, weil die Bedingung der Gleichung {2) nicht geändert wird. Im gleichen zustand II erhält man, wenn die Impulsketten Aa und Ba die Werte "1" und ^tt0" haben, einen Ausgangsirapuls G^ damit die Bedingung der Gleichung (2) erfüllt ist, jedoch wird der Zustand II nicht geändert, da die Differenz d um 1 ansteigt. Nehmen außerdem die impulsketten\Aa und Ba die Werte ^wQⁿ und "1" an, während sich die logische Polgeschaltung Z im Zustand II befindet, so verändert die logische Fölgescftaltung 2 ihren Zustand II in den Zustand I₁, ohne c£a£.e±n Jtosgangs&igKal auftritt.. Der Grund hierfür ist, daß, da der Zustand Ix. einen Impuls hält, den die Schaltung von den Ausgangsimpulsen erhalten hat, welche der Differenz zwischen den ankommenden Impulsen der Impulsketten Aa und Ba zugegangen ist, nachdem alle 'ande-ren Ausgangsimpulse abgegeben worden' sind, der ankommende Impuls der Impulskette Ba vom gehaltenen Impuls, abgeglichen wird, wenn die Impulsketten Aa und Ba die Zustände "o" und "1" haben. Als Ergebnis davon nimmt die Differenz d nach Gleichung (2) um 1 ab, so das der 2ustar-ä II der logsichen Folgeschaltung 2 in den Siistand I ,Übergeht,- ohne daß ein Ausgangssägnal abgegeben wird, da die Gleichung (1) erfüllt ist.

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OWGlNAL INSPECTED

Die Arbeitsweise der logischen Folgeschaltung II in Zustand III kann leicht verstanden werden, wenn im Zustand II lediglich die Impulsketten Aa und Ba ausgetauscht werden. Es ist also nicht nötig, v/eitere Einzelheiten auszuführen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zustandsdiagramms der logischen Folgeschaltung 2. In diesem Zustandsdiagrarnm gehen die Zustände II und III in den Zustand

I über, nachdem ein Ausgangsimpuls C erzeugt worden ist, wenn die beiden Impulsketten Aa und Ba den VJert "1" haben, was durch die Markierung (11/0) angedeutet ist, während die Zustände

II und III sich nicht ändern, ohne daß ein Ausgangssignal C bei denselben Eingangsbedingungen abgegeben wird, was im Zustandsdiagramm der Fig. 2 durch die Bezeichnung (11/0) wiedergegeben ist. Die in Fig. 2 und 3 gezeigten Zustandsdiagramme haben gleichwertige Funktion, so da5 sie Schritte durchführen, bei denen Ausgangsimpulse C von der Zahl ζ abgegeben werden, die der Differenz zwischen den Impulsen der beiden Eingangssignalketten Aa und Ba entsprechen.

In beiden. Zustandsdiagrammen der Fig. 2 und J> werden die zustände I, Il und III nicht geändert, und es tritt kein Ausgangsimpuls auf, wenn die beiden Eingangsimpulsketten Aa und Ba den V,^rert "O" haben (d.h. wenn kein Eingangsimpuls vorhanden ist). Dies liegt ganz in der Natur der Sache, wenn die Eigenheiten der logischen Folgeschaltung 2 beachtet werden.

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Der logische Folgeschaltkreis 2 kann als Signalwandler • angesehen werden, der die Differenz d zwischen den Impulsen der beiden Impulsketten., welche den beiden Eingangsklemmen zugeführt werden, in die Zahl z,der Ausgangsimpulse umwandelt*.. In diesem Fall ist der Umwandlungsfehler (d - z) der folgende.

In einem Fall, bei dem der Ablauf der logischen Folgeschaltung 2 aus dem Zustand I beginnt, ist der Umwandlungs<fehler in der Umwähdlüngzeit null, wenn der letzte Zustand der Schaltung ebenfalls der Zustand 1 war, wie dies die· Gleichung

(1) zeigt* (d - ζ = 0). Ist jedoch der./letzte Zustand der Schältung der Zustand II oder ΪΪΙ, so ist der ümwandlüngsfeh-* ler in dieser Umwandlungszeit gleich 1, wie dies die Gleichung

(2) zeigt;(d - Z = 1), Dieser Fehler wird in der logischen Folgesehaltung 2 gehalten, wie dies bereits ausgeführt wurde.

Beginnt die Arbeit der lOgischen Folgesehaltung 2 aus dem Zustand II oder III, so hangt der Umwandlungsfehler von ■ dem letzten Zustand,¹ von den folgend angenommenen Zuständen in der Umwandlungszeit und den Weiten der Impulse der Impulszüge Aa und Ba ab;;(speziell beim Übergang vom Zustand II oder Zustand III in den Zustand I des in Fig. J gezeigten Zuständsdiagramms). Dieser Umwandluhgsfehler kann nicht so einfach bestimmt werden wie in-dem FaIl₄ in dem die Arbeit bei dem Zu-

·■ ,-stand I^;;beginnt* Der IJmwandlungsfehler (d - z) ist jedoch null, plus eins oder minus eins. Ein BeispdJelj bei welchem der Um-

.; , wandluhgsfehler (d - -z) iiiinüs "eins ist, ist der Fall, wo -die

- ίο ·"

Impulsketten Aa und Ba, die dem logischen Folgeschaltkreis 2 zugeleitet werden, während dieser den Zustand II innehat, zuerst den Wert "1" und V und dann die Werte "Oⁿund "1" annehmen. In dem Fall erzeugt die logische Folgeschaltung 2 zuerst einen Impuls (d.h. ζ = 1), ohne daß sich der Zustand II ändert, worauf dann der Zustand II in dem Zustand I übergeht, ohne daß ein A us gangs impuls abgegeben v/ird (d.h. ζ = 0). Während die Differenz d in dieser Umwandlungszeit null ist, da die Eingangsgrößen "1 0" und "0 1" sind, wird der Umwandlungsfehler (d - z) minus eins, da die Zahl der Ausgangsimpulse in dieser Umwandlungszeit eins ist. Ein weiteres Beispiel für einen Fall, in welchem der Umwandlungsfehler (d - z) minus eins ist, ist der, v/o beide Eingangsimpulsketten Aa und Ba denselben Wert (l) bei einem Startzustand II im Zustandsdiagramm nach Fig. 5 annehmen. In diesem Fall wechselt der Zustand II in dem Zustand I über, nachdem ein Eins-Impuls (d.h. ζ = 1) örzeugt worden ist. Sind die Eingangsimpulsketten Aa und Ba dann von den Werten "1" und "0" im Startzustand II, so ist die Zahl ζ der Ausgangsimpulse C eins, so daß der Umwandlungsfehler (d - z) null ist. Nehmen jedoch die Impulsketten Aa und Ba die Werte "0" und "l" bei demselben Startzustand II an, so ist die Zahl ζ der Ausgangsimpulse C null, so daß der Umwand- _t lungsfehler (d - z) eins ist.

In einem Fall, in dem die logische Folgeschaltung 2 immer vom Startzustand I zu arbeiten beginnt, ist es möglich, den oben genannten Umwandlungsfehler (d - ζ = 1) in null zu

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X . _U _

wandeln. In dem im Zustandsdiägranim nach Fig. 5 beschriebenen logischen Polgeschaltkreis 2 werden künstliche Eingangssignale der Vierte "1" und "1" zugeführt, um den umwandlungsfehler zu eliminieren, nachdem die Eingangsimpulsketten Aa und Ba von diesem Schaltkreis 2 abgetrennt worden sind, wenn die Messung der Differenz d beendet ist. Hat der Schaltkreis2 dann den Zustand II oder III inne, sowird dieser Zustand in denZustand· I umgewandelt, und der gehaltene Eins-Impuls wird zum Ausgang abgegeben. Hat jedoch der Schaltkreis II den Zustand I inne, so wird dieser Zustand I nicht geändert und kein Ausgangsimpuls erzeugt. Als Ergebnis davon .ergibt es sich, daß der Umwandlungjsfehler (d - z) im logischen Polgeschaltkreis S, wie er im Zustandsdlagramm nach Fig. j? gezeigt ist, ausgeschaltet werden kann. In diese , Fall ist ein Rückstellvorgang auch nioht nötig, um für die nachfolgenden Arbeitsvorgänge vorzusorgen. Bei dem im Zustaiidsdiagramm nach Fig. 2 beschriebenen logischen Folgeschaitkreis 2 ist für das Abtrennen der Impulsketten Aa und Ba nach Beendigung der Differenzmessung d eine andere Maßnahme erforderlich* um einen Ausgangsimpuls zu erhalten, wenn der Zustand der logischen Folgeschaltung 2 II oder III ist.

Wie bereits ausgeführt, hat die logische Folgeschaltung drei mögliche Zustände ί, II und III und erzeugt Ausgangsimpulse abhängig von jedem ankommenden Impuls von wenigstens einer der beiden Impulsketten Aa und Ba in vorbestimmter Weise,

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/I

was durch den augenblicklichen Zustand (1,11 oder III) der logischen Folgeschaltung 2 und den augenblicklichen Wert (O 1; 1 0; und 11) der beiden Impulsketten Aa und Ba bestimmt wird. Mit anderen Worten der Betzieb der logischen Folgeschaltung 2 beginnt beim Zustand I, und die logische Folgeschaltung 2 nimmt den Zustand I ah, wenn die Differenz zwischen den Zahlen der empfangenen Impulse der ersten und zweiten Impulskette Aa und Ba gleich der Zahl der erzeugten Ausgangsirnpulse ist, den Zustand II, wenn die Differenz größer ist als die Zahl der erzeugten Ausgangsimpulse und wenn die Zahl der erhaltenen Impulse der ersten Impulskette Aa größer ist als die Zahl der erhaltenen Impulse der zweiten ImpuJäkette Bai und den Zustand III, wenn die Differenz größer ist als die Zahl der erzeugten Ausgangsimpulse und wenn die Zahl der erhaltenen Impulse der ersten Impulskette Aa kleiner 1st als die Zahl der ankommenden Impulse der zweiten Impulskette Ba. Die Zahl der erzeugten Ausgangsimpulce beim Übergang zum Zustand II oder Zustand III ist um 1 kleiner als die Differenz. Entsprechend diesen Bedinjungen erzeugt die logische .Folreschaltung 2 Ausgangsimpulse, deren Zahl der Differenz zwischen den Zahlen der ankommenden Impulse der ersten Impulckette Aa und der zweiten Impulskette Ba entspricht.

Ein Aurjführungsbeispiel für die ir; Fig. 2 im Zustandsdiagramm wiedergesehene logische Fclgeschaltung 2 soll nun an Hand der Fi.^. k beschrieben werden. Dieses Ausführungsbei-

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ßAD ORIGINAL

.spiel enthält vier . ■UND-Gatter 10, 11, I^ und Ik, von denen ,jedes einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn alle Eingänge des jeweiligen UND-Gatters sich in Pluszustand.(d.h. im Werte "1") befinden, weiterhin zwei bistabile Kreise 12a und 12b, etwa Flip-Flop-KreiseV und einen ODBR-Kreis 15, der ein Ausgangssignal hat, wenn an einem seiner Eingänge ein Positivsignal (d.h. Wert "1") auftritt. Ba drei discrete Zustände I, ll und III entsprechend dem oben beschriebenen Zustandsdiagramm nach Pig. 2 erforderlich sind, werden die beiden bistabilen Kreise 12a und 12b so eingesätEt_# äaß sie zwei Bits eines Speiaherelements darstellen, Bei diesem Beispiel werden zwei Eingangssignale.üa und Ba, die die zugehörigen NICHT-Signale zu den Irapulsketten Aa und Ba slnd_? den Eingangsklemmen 21 und 24 zugeführt. Diese Eingangsgrößen Ja und Ba können erhalten werden, indem die Polaritäten der Impulsketten Aa und Ba umgekehrt werden. Der Zustand 1 der logischen Folgeschaltung 2 entspricht den gelöschten Zuständender beiden bistabilen Kreise 12a und 12b, der Zustand II dem gesetzten Zustand des bistabilen Kreises 12a und dem gelöschten Zustand des bistabilen Kreises 12bj. und der Zustand III dem gelöschten Zustand des bistabilen Kreises 12a und im gesetzten Zustand des bistabilen Kreises 12b/ '

Der Signalwandler 1, der mit.der logischen Polgeschaltung 2 verbunden ist, erzeugt die Impulssignale "Ka und Ba, deren Einzelimpulse von den Schwingungen der Eingangssignale' A und B

- If-

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zeitlich gesteuert werden, sowie Steuerimpulse CP, die entsprechend dem Zeitdiagramm (4) nach Pig. 5 erzeugt werden, jederder Steuerimpulse CP wird nach einer konstanten Verzögerungszeit vom Beginn eines jeden Minusimpulses der Eingangsimpulse Xa und Ba der logischen Impulsschaltung 2 erzeugt. Darüberhinaus wird das Ende eines jeden Steuerimpulses CP durch das Ende eines jeden Impulses der Impulssignale Xa und Ba bestimmt, was auch mit einer konstanten Verzögerung erfolgen kann, wie dies durch gestrichelte Linie in Pig. 5 angedeutet ist. Außerdem dürfen sich die Werte der Impulssignale Xa und Ea während der Dauer eines jeden Steuerimpulses CP nicht verändern. Diese Bedingungen der Steuerimpulse CP sind nötig für de;; normalen Ablauf und die normale Arbeitsweise der bistabilen Kreise 12a und 12b, die in der Schaltung nach Fig. 4 verwendet werden. Die Dauer eines jeden Impulses der Impulssignale Aa und B"a muß kürzer sein als die Dauer der Impuls mit der höchsten Frequenz der Eingangssignale A und B, damit der Bedingung genügt ist, daß nicht mehr als zv/ei Steuerimpulse CP innerhalb der Dauer eines jeden Impulses der Impulssignale Aa und 3a vorhanden sind.

An Hand der Pig, 5 soll nun die Wirkungsweise des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels der logischen Folgeschaltung beschrieben werden. Zunächst wird, zu Beginn einer Zeitspanne t die Schaltung durch ein Löschsignal CL, wie es in Zeile 1 des Zeitdiagramms naah Fig. 5 gezeigt ist, in den

._ιή:₀^.-..·.- ooseae/us«³*⁰⁰"^

Zustand I rUckgestellt. Dieses Rückstellen ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, soll jedoch, vorgenommen werden/ wenn der vorstehend genannteUmwandlungsfehler (d τ· ζ) aus.-'geschaltet werden soll. In der Zeit t, nehmen die erste Impulskette Aa und die zweite Impulskette Ba die Werte "1" bzw. ^MO" an, was durch die Werte "O" und ^ul" der Impulssignale 'Aa und Ba in Fig. 5 sezeigt ist. Der Ausgang X des bistabilen Kreises 12a wird auf hohes Potential umgewandelt (nachstehend mit dem Wert "1" benannt), wenn am Ende der Zeitspanne t^ ein Steuerimpuls "φ 1 erzeugt wird* Zur gleichen Zeit wird ein anderer Ausgang X des bistabilen Kreises- 12a auf niedriges Potential umgestellt (nachstehend mit dem Wert "θ" bezeichnet). Dieser Zustand wird als gelösciiter Zustand des bistabilen Schaltkreises 12a bezeichnet* Werm nun in diesem Fall an. beiden Eingängen Y und Ba des UMD-Kreises 10 der Wert "l" ' zu Beginn des Steuerimpulses^1 vorhanden ist, nimmt der J-Eingang der bistabilen Schaltung 12a, der am Ausgang 12a-1 des UND-Kreises 10 abgenommen «erden kann, auch, den wert "1" an. Da außerdem der K-Eingang der bistabilen Schaltung 12a entsprechend dem Impulssignal Aa den Wert "0" annimmt am Ende der Zeitspanne t., so ist der bistabile Schaltkreis-12a am Ende des Steuerimpulses#1 in den gesetzten Zustand überführt. Wird andererseits der Ausgang des UND-Kreises 11 auf den J-Eingang der bistabilen Schaltung 12b gegeben undnimmt diese den Wert "O" an, weil das Impulssignal Aa den Wert "o" hat, und tritt am K-Eingang der bistabilen Schaltung 12b entsprechend. dem Impulssignal Ba der Wert "1" auf, so verbleibt die bistabile

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Schaltung 12b im gelöschten Zustand. Die beiden UND-Kreise IjJ und 14 erzeugen, da die Ausgänge X und Y der bistabilen Schaltungen l2a*und 12b den Wert "O" zur Zeit t. haben,
kein Ausgangssignal, so daß auch am Ausgang des ODER-Kreises 15 der Wert "θ" auftritt. Wie bereits erwähnt, wird der Zustand dieses Kreises in den'Zustand II umgewandelt am Ende der Zeitspanne t·^ aus den Zustand I, da der bistabile Schaltkreis 12b sich im gelöschten Zustand befindet.

Innerhalb der Zeitspanne tp nimmt die erste Impulskette Aa den Wert "O" und die zweite Impulskette Ba den Wert "l" an (dies bedeutet Wert "l" und "O" der Impulssignale Aa und Ba bei Zustand II des logischen Polgeschaltkreises 2). Da der J-Eingang der bistabilen Schaltung 12a entsprechend dem Ausgang des UND-Kreises 10 den Wert "θ" erhält, weil der Eingang (Ba) des UND-Kreises 10 den Wert "0" erhält, während am K-Eingang der bistabilen Schaltung 12a entsprechend dem Impulssignal Aa der Wert "1" auftritt, wird im diesem Fall der bistabile Schaltkreis 12a am Ende der Zeitspanne t_? in den gelöschten Zustand überführt. Da überdies am J-Eingang des bistabilen Schaltkreises 12b entsprechend dem Ausgang
(12b-l) des UlID-Kreises 11 der Wert ¹¹O" auftritt, da am Ausgang X des bistabilen Schaltkreises 12a der Wert "0" herrscht, während der K-Eingang der bistabilen Schaltung 12b in Folge des Impulssignals Ba den Wert "0" annimmt, wird der Zustand der bistabilen Schaltung 12b aus dem gelöschten Zustand nicht

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geändert. Es wird also der Zustand der logischen Folgeschaltung 2 vom Zustand II in den Zustand I. am Ende der Zeitspanne t₂ überführt. Da der Eingang ($a) des USD-Kreises 13 und der Eingang (Y) des ÜND-Kreises 14 alle den Wert ^f(0" -haben, tritt an keinem der UND-Kreise 1> und 14 ein Ausgangs impuls auf, -so daß auch am Ausgang.des ODER-Kreises I5 der Zustand "0" herrscht*

In einem Zeitinterval t., haben die Impulsketten Aa und Ba die Werte "i^tt und "0" (d.h. die ImpulsSignale Aa und Ba haben die Größen "0" und *'!"), während die logische.Folge* schaltung 2 im Zustand I ist* Dies ist das Gleiche· wie im Zeitinterval t-.., so daß der Zustand· I der logischen Folgeschaltung 2 in den Zustand II .übergeht, ohne daß ein Ausgangsimpuls C erzeugt wird.

In einem zeitinterval tu nehmen die impulsketten Aa und Ba die Größen "1" und "Q" an (d.h. die Impulssignale Aa und Ba haben die Werte ^Mö" und ^tfl"j, während die logische Folgeschaltung 2 im Zustand II sich befindet* in diesem Fall nimmt der bistabile Kreis 12a am Ende des zeitintervals tj, den gesetzten Zustand an, da der j-Eingang der bistabilen Schaltung 12a den Viert "1" erhält wegen der Werte "1" an beiden Eingangsleitungen des ÜND-Kreises 10, während der K-Eingang der bistabilen Schaltung l2a den Zustand "o" annimmt. Da der·j-Eingang der bistabilen Schaltung ISb den Zustand "0"

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annimmt, weil am Eingang Aa des UMD-Kreises 11 der Wert "θ" vorhanden ist., während der K-Eingang des bistabilen Kreises 12b den Wert "l", wird die bistabile Schaltung im gelöschten Zustand gehalten. Polglich wird die logische Folgeschaltung 2 im Zus-tand II gehalten. Da jedoch sowohl der Ausgang X der bistabilen Schaltung 12a und das Impulssignal Sa den Wert "1" annehmen, hat auch der UliD-Kreis 1> an seinem Ausgang den Wert "1" jedoch nur für die Dauer des Schaltimpulses Φ 4, der am Ende des Zeltlntervals t^ erzeugt wird, so daß ein Ausgangsimpuls C an den Ausgangsklemmen 25 des ODER-Krelses 15 erzeugt wird.

Während eines Zeitintervals t,- nehmen die Impulsketten Aa und Ba die. Werte "1" und "1" (d.h. die Impulssignale Aa und Ba haben die Werte "O" und ⁿOⁿ), während die logische Folgeschaltung 2 im Zustand II ist. Da der J-Eingang und der K-Eingang der bistabilen Kreise 12a und 12b die Werte "O" haben, weil die Impulssignale Aa und B*a die v/erte "o" haben, bleibt der Zustand der logischen Folgeschaltung 2 derselbe wie Im Zeitinterval t^, nämlich der Zustand II. Es wird kein Ausgangsimpuls C während dieser Zeitspanne erzeugt, da an den Eingängen (Aa und Ba) der UND-Kreise IJ und 14 die Werte "θ" vorhanden sind.

Während der Zeitspannen t< und t„ nehmen di© Impulsketten Aa und Ba die Werte "1" bzw. ^HO^ff an (d.h. die Impulasignale Aa und Ba sind ⁿOⁿ bzw. ⁿlⁿ)_f während die logisch©

OflKflNAL INSPECTED

Folgeschaltung 2 sich im Zustand II befindet. Dies ist genau so wie im Zeitinterval tj,^ so daß ein Ausgangsimpuls C-am Ende eines jeden Zeitihteryals tg und t~ erzeugt wird, während die logische Folgeschaltung 2 ohne Veränderung den Zustand II beibehält.

In einer Zeitspanne tg haben die Impulsketten Aa und. Ba die Werte "0" bzw. "1" (d.h. die Impulssignale Aa und Ba haben die Werte ⁿl" und"0") bei einem_;Zustand II der" logischen Folgeschaltung 2. Dies ist dasselbe wie im Interval tp,außer daß kein Ausgangsimpuls C erzeugt wird, während der Zustand der logischen Folgeschaltung 2 vom Zustand II in den Zustand I tiberwechselt.

In einem Zeitinterval t„ haben die Impulsketten Aa und Ba die· Werte "1" bzw, "0" (die Impulssignale Aa und Ba also , die Werte "0" bzw. ^Ml"), während die logische Folgeschaltung 2 in Zustand I steht. Dies ist vergleichbar mit dem Zeitinterval t, oder t,, so daß kein Ausgangsimpuls· C erzeugt wird, , während der Zustand I der logischen Folgeschaltung 2 in den Zustand II iibergeht.

Entsprechend der Arbeitsschritte, die von der Rückstellzeit T beginnen, ist. der Umwandlungsfehler (d - z) der Reihe

- nach eins,-null, eins, eins eins, eins,eins, null und eins

•"':- am Ende der zeitinterval t-*t ,t^t^t,.,^,^ ,tg und t .

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Die Zahl der Ausgangsimpulse der logischen Folgeschaltung 2 wird durch den Zähler J> gezählt. Wenn die Zählzeit des Zählers ^ eine Sekunde beträgt, ergibt das Zählergebnis des Zählers Z> unmittelbar die Prequenzdifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen A und B. Ist die Zählzeit des Zählers 5 dagegen 10 Sekunden, so zeigt das Zählergebnis des Zählers 3 das Zehnfache der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen A und B. Die Zählzeit des Zählers 5 kann je nach den Bedürfnissen der Genauigkeit der Messung eingestellt werden.

In Fig. 6 und 7 ist ein Ausführungsbeispiel des Signalwandlers 1 gezeigt, das nun beschrieben wird. Die Eingangssignale A und B, die den Eingangsklemmen j5l und ]32 zugeführt werden, werden in Impulssignale P^_& und P. (siehe Fig. 7) an Impulsgeneratoren 4a und 4b umgewandelt. Jeder der Impulsgeneratoren 4a und 4b enthält einen Wonostabilen Multivibrator oder einen Blockoszillator, der einen Ausgangs-Impuls von konstanter Dauer bei jeder Schwingung des Eingangssignals A oder B «erzeugt. Die Dauer jedes Ausgangs impulses P^_a und P₂^ muß kürzer sein als eine halbe Periode der Eingangssignale A und B.bei der höchst auftretenden Frequenz. Die Ausgänge P₂^ und P₂^ werden auf einen ODER-Kreis 5 "gegeben sowie auf die Setzeingänge 9a-1 und 9b-l der bistabilen Kreise 9a und 9b über UND-Kreise Sa und 8b. Der Ausgang P₁-

-A-

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des QDER-Kreises 5 triggert einen Steuerimpulsgenerator 6 (clock pulse,, generator) durch den Steuerimpuls CP an einer Klemme JJ synchron mit def. Ende eines jeden Impulses des Ausgangs P₁- erzeugt werden. Der Steuerimpulsgenerator 6 verwendet einen monostabilen Multivibrator oder einen Blockoszillator. Die Steuerimpulse CP werden über einen NICHT-Kreis 7 auf beide UND-Kreise 8a und 8b gegeben, wodurch die Ausgänge P^ und P^, der Impulsgeneratoren ha. und hb während der Dauer eines jeden Steuerimpulses CP abgeblockt werden. Der Ausgang des NICHT-Kreises 7 ist außerdem auf die Löschanschlüsse 9a-2 und 9b-2 der bistabilen Kreise 9a und, 9b über einen Differenzierkondensator 38 geschaltet, so daß die bistabilen Kreise 9& und 9b synchron.am Ende eines jeden Steuerimpulses CP gelöscht werden.

. An Hand der Fig. 7 soll nun die Arbeitsweise des Signalwandlers 1 nach Fig. 6 beschrieben werden.. Wie auf den" Zeitdiagrammen der Fig. 7 ersichtlich ist, sind die Bedingungen erfüllt, die für die Steuerimpulse CP und die Ausgangsimpulssignale Aa und Ba benötigt v/erden. Das höhere Potential entspricht dem Wert "1", das niedriger^Potential dem Wert "O" bei jedem Zeitdiagramm der Fig. 7· So nehmen die Impulssignale Aa und Ba die Werte "1" und "O" (nachfolgend als Werte "1 O" bezeichnet) für die Dauer des ersten Impulses T 1 des Steuerimpulses CP. Die Impulssignale Aa und Ba nehmen die Werte "0. 1", "1 0" und "G 1" während der Dauer der Impulse und JtK der Steuerimpulse CP an. Da der UND-Kreis 8a

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bei jedem Steuerimpuls CP geschlossen ist, ist der bistabile Kreis 9a nicht gelöscht, bevor die Steuerimpulse CP beendet sind. Danach nehmen die Impulssignale Aa und Sa die Werte ¹¹I 0", "1 1" und "1 1" an entsprechend den Impulsen j£ 5, 6 und ^7 der Steuerimpulskurve CP.

Der bistabile kreis 9a und 9b wird dazu verwendet, das Ende eines jeden Impulses der Irapulssignale Aa und Ba mit dem Ende des Steuerimpulses CP zu synchronisieren. Um diese Forderung erfüllen zu%önnen, werden die Ausgangs impulse Pj, und P₂^ vorübergehend in den bistabilen Kreisen 9a und 9b gespeichert und am Ende eines jeden Steuerimpulses CP wieder gelöscht.

Der ODER-Kreis 5 dient dazu, die Erzeugung der Steuerimpulse CP zu steuern abhängig davon^ob Impulse an den Ausgängen P₂^ und P₂^ der Impulsgeneratoren 4a und 4b gleichzeitig erzeugt werden. Mit anderen Worten, wenn zwei Impulse der Ausgänge Pk und P₂,. gleichzeitig erzeugt werden, werden diese Impulse zu einem Impuls am Ausgang des ODER-Kreises 5 zusammengefaßt, so daß einer der Steuerimpulse CP im Steuerimpulsgenerator 6 am Ende des vom Ausgang des ODER-Kreises 5 / erhaltenen Impulses erzeugt wird. Werden jedoch die Ausgänge Pj, und P₂,. der Impulsgeneratoren 4a und 4b zeitlich voneinander getrennt erzeugt, so treten am Ausgang des ODER-Kreises

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auch zwei getrennte Ausgangsimpulse auf, so daß nacheinander . zwei Steuerimpulse GP vom Steuerimpulsgenerator 6 jeweils am Ende der beiden vom Ausgang des ODER-Kreises 5 erhaltenen Impulse erzeugt werden. Um dies bewirken zu können, muß die Dauer eines jeden Ausgangsimpulses P^_a und P^ der Impulsgeneratoren 4a und 4b kürzer sein als eine Halbperiode der Eingangs signale A und B bei der höchsten auftretenden Frequenz. Entsprechend dieser Bedingung ist einer Forderung genügt, bei welcher der eine der. AusgangP₁, oder P₂,. nicht gleichzeitig mit zwei anderen Ausgängen P^- und P^ erzeugt

wird. Ist jedoch dieserBedingung nicht^^ genügt, so daß der eine Ausgangs impuls Ph gleichzeitig mit zwei anderen Ausgangsimpulsen PjI^ örz^ugt wird, so tritt sim Ausgang des ODER-kreises 5 nur ein jänpuls auf, so daß am Steuerimpulsgenerator 6 nur ein Steuerimpuis erzeugt wird, entsprechend des einen vom Ausgang des ODER-Kreises 5 zugeführten Impulses. Folglich erhält man am Ausgang des bistabilen Kreises 9b einen Impuls» auch wenn die Zahl der Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 4b zwei ist>

Wie oben dargelegt fc^nn die DiffereiK zwischen zwei Frequenzen zweier Eingängssignale ohne Verwendung eines Umkehrzählers, welcher ■ -.fetti" den bekannten Systemen verwendet

:■ ^;, wird, gemessen werden. !)a außerdem kein Filter nötig ist wie bei den herkömmlichen Systemen, kann das erfindungsgemäße

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inspected

System auch Differenzen zwischen Frequenzen zweier Eingangssignale in einem weiten Frequenzbereich messen bis hinauf zu den Frequenzen, die die logischen Elemente des erfindungsgemäßen Systems noch zu verarbeiten zu vermögen.

Wenn zwei Werte, deren Differenz gemessen werden soll, in eine Frequenzinformation umwandelbar sind, kann diese Erfindung verwendet werden, um diese beiden Werte zu messen. Es ist verständlicherweise auch möglich, daß einer der beiden dem System zugeführten Werte konstant .ist oder daß beide Werte konstant sind.

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INSPECTED

Claims

» · t I t

P A T E N T A N. SPRUCH E

flJ Zählsystem für die Messung der Differenz zwischen zwei Frequenzen eines ersten Eingangssignals(A)und eines zweiten Eingangssignals(Β)mit Hilfe eines Zählers, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Eingangssignal (AjB) in eine erste Impulskette (AaUmgewandelt wirdj, deren Impulse in ihrer zeitlichen Folge durch jede Schwingung des ersten Eingangssignals(A)bestimmt sind, und eine, zweite Impulskette (Ba), de.ren Impulse in ihrerzeitlichen Folge durch jede Schwingung des zweiten Eingangssignals (B)bestimmt sind, *in einem Signalwandler (Ϊ) und daß die erste Impulskett.e (Aa) und die zweite Impulskette Ba einer logischen Fo Ige schaltung (2.) zugeführt werden, die drei mögliche Zustände (&, II und III) hat, zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses (C).auf jeden empfangenen Impuls bei wenigstens einem der ersten Impulskette (Aa) und der zweiten Impülskette Ba in einem vorbestimmten Zustand, der vorbestimmt ist abhängig vom jeweiligen Zustand (I, II,, III) der logischen Folgeschaltung(2)und dem augenblicklichen .Wert der ersten Impulskette (Aa)und dor zweiten Impulskette (Ba) so :daß die logische Folgesuhaltunij (2)einen ersten Zustand I annimmt, wenn die Differei-zzahl (d) zwischen den

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Zahlen der ankommenden Impulse der ersten und zweiten Impulskette (Aa und Ba)gleich der Zahl (z) der erzeugten Ausgangsimpulse (C) ist, einen zweiten Zustand (II), wenn die Differenzzahl (d)größer ist als die Zahl (z) der erzeugten Ausgangsimpulse (C)und wenn die Zahl der erhaltenen Impulse der ersten Impulskette (ka)größer ist, als die Zahl der erhaltenen Impulse der zweiten Impulskette (Ba), und einen dritten Zustand (III), wenn die Differenz(d)größer ist als die Zahl (z^s- der erzeugten Ausgangsimpulse (C)und wenn die Zahl der erhaltenen Impulse der ersten Impulskette (Aa) kleiner ist als die Zahl der erhaltenen Impulse der zvieiten Impulskette (Ba), wobei die Auogangsimpulse der logischen Folgesohaltung (2) einem Zähler (5) zugeführt werden.

2. Zählsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Folgeschaltung (2)in den ersten Zustand (I) rückgestellt wird, bevor das Zählen des Zählers (3) beginnt.

J. Zählsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwandler (1) einen ersten Impulsgenerator (4a) enthält, der das erste Eingangssignal (A) erhält und einen ersten Setzii.ipuls (Pt. ) auf jede Sch^T.;in^unr; des ersten Eingangssignal (A) hin erzeugt, einen zweiten Impulsgenerator (4b), der das zweite Eingangssignal (E) erhält und auf jede Schwingung des zweiten EingangsSignalc (B) hin einen zweiten Setzimpuls (Ph₁,) erzeugt, einen ODER-Kreis (5) mit

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t t * ι ■

zwei Eingängen* die mit den Ausgängen des ersten und zweiten Impulsgenerators (4a,4b) verbunden sind, einen Steuerimpulsgenerator (6), der an den Ausgang des QDER-Kreises (5) angeschlossen ist und Steuerimpulse (CP) von konstanter Dauer erzeugt, die am Ende eines jeden Ausgangsimpulses (P₁-) ^des ÖDER-Kreises (5) ausgelöst werden, einen NICHT-Kreis (7)# der mit dem Ausgang des Steuerimpulsgenerators (6) verbunden ist, einen ersten üND-Kreis (8a) mit zwei Eingängen, die mit dem Ausgang des ersten Signalgenerators (4a) und des NICHT «-Kreises (7) verbunden sind, einen_f zweiten ÜND-Generator (8b) mit zwei Eingängen; die mit den Ausgängen des zweiten Unpulsgenerators (4b) und des NICHT-Kreises (7) verbunden sinä^ einen ersten bi-, stabilen Kreis (9^5* ö^e^ vom Ätisgangsimpuls des ersten UND-Kreises (8a) gesetzt'und vomÄusgangsirapuls des NICHT-Kreises gelöscht wird, und einen zweiten bistabilen Schaltkreis (9b), der vom Ausgang des zweiten UHB-Kreises (8b) gesetzt und vom Ausgang des NICHT-Kreises (7) gelöscht wird, wodurch die erste Impulskette(Aa) am Ausgang des ersten bistabilen Kreises (9a) und die zweite Impulskette (Ba) am Ausgang des zweiten bistabilen Kreises (9b) abnehmbar ist. (Fig. 6)

4. Zählsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Folgeschaltung (2) eine erste Eingangs-

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klemme (21) aufweist, der ein erstes Impulssignal (Aa) zuceführt wird, welches durch Umkehrung des Wertes der ersten Impulskette (Aa) erhalten wird, eine zweite Eingangsklemme (24), der ein zweites Impulssignal (Ba) zugeführt wird, welches durch Umkehrung des Wertes der zweiten Impulskette (Ea) gewonnen wird, eine dritte Eingangsklemme (2J-) zur Aufnahme von Steuerimpulsen (CP), die mit den Enden eines jeden Impulses synchronisiert sind, die von einem ODER-Kreis der ersten Impulskette (Aa) und der zweiten Impulskette (Ba) zugeführt werden, ein dritter UIID-Kreis (IC) mit zwei Eingängen, von denen einer mit dem zweiten Eingang (2k) verbunden ist, ein vierter UND-Kreis (11) mit ζ v/ei Eingängen, von denen einer mit dem ersten Eingang (21) verbunden ist, ein dritter bistabiler Kreis (12a), der vom Ausgang des dritten UMD-Kreises (10) gesetzt und vom ersten Impulssignal (A~a) gelöscht wird, welches auf der ersten Eingangsklernme (21) zugeführt wird, ein vierter bistabiler Kreis (12b), der vom Ausgang des vierten UIID-Kreises (11) gesetzt und vom zweiten Impulssignal (Ea) gelöscht wird, welches über die zweite Eingangsklemne (Z-4 ) zugeführt wird, ein fünfter UijD-Kreis (IJ) mit drei Eingängen, die mit der zweiten Eingangsklemme (24) einem Ausgang (X) der dritten bistabilen Schaltung (12a) und der dritter. Eingangcklenme (2;) verbunden sind, einen sechsten UUE-Krois (14) mit drei Kin'jängen, die mit der ersten Einoangsklemmo (25), einem Ausgang (S) des vierten

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SAD ORiGJNAL

bistabilen Kreises (12b) und der dritten Eingangsklerame
(25) verbunden sind, während der andere:.· Ausgang (X)
des dritten bistabilen Kreises (12) mit dem anderen Eingang des vierten UND-Kreises (11) verbunden ist, der
anderen Ausgang (Y) des vierten bistabilen Kreises (12b) mit dem anderen Eingang des dritten UND-Krelses (10) verbunden ist und ein QDER-Kreis (15) mit zwei Eingängen
vorhanden ist, die mit den Ausgängen des. fünften IJHD-*
Kreises (Ij5) und des sechsten UND-Kreises (14) verbunden sind, so daß die- Ausgangsimpulse (G) der logischen Folgeschaltung (2) am Ausgang (25) des ODER-Krelses (I5) auftreten. (Fig. 4) ^:;

ÖMiiXL iNSPECTEB

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