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Ubertragungseinrichtung für Binärzeichen ähnlich der Einfachwechselstromtelegrafie,
insbesondere für das Eisenbahnsicherungswesen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Ubertragungseinrichtung für Binärzeichen ähnlich der Einfachwechselstromtelegrafie,
insbesondere für das Eisenbahnsicherungswesen, bei der nur bei dem einen Wert der
Binärzeichen ein Wechseistromsignal von einem Sendemodulator auf einen -Ubertragungskanal
zur Empfangsseite gegeben wird.
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Auf vielen Gebieten der Technik mit Datenverarbeitung, so auch auf
dem Gebiete des Eisenbahnsicherungswesens, werden Nachrichten, Meldungen, Befehle
und andere Informationen zur Steuerung des jeweiligen Prozesses ausgetauscht. Sie
bestehen in der Regel aus einer Anzahl von Binärzeichen, die mit Hilfe spezieller
Ubertragungseinrichtungen seriell übertragen werden. Zu dem Zweck werden die einzelnen
Informationen Zeichen für Zeichen abgetastet und dabei die einzelnen Werte in Form
von Datensignalen auf die Übertragungseinrichtung gegeben. Bei der Auswahl der für
den jeweiligen Anwendungsfall günstigsten Ubertragungseinrichtung muß überlegt werden,
welche Übertragungsgeschwindigkeit bei welcher Bandbreite des übertragungskanals
erforderlich ist. Weiterhin spielen Fragen wie Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
eine große Rolle, wenn die zu übertragenden Nachrichten und Informationen mit großer
Sicherheit wie beispielsweise beim Zugbahnfunk übermittelt werden müssen. Bei bestimmten
Ubertragungswegen muß beachtet werden, daß keine Signale mit einem Gleichstromanteil,
also auch keine reinen Gleichstromsignale, übertragen
werden können.
Dies trifft auch für schnelle Datenübertragungseinrichtungen über Funk zu, da diese
lediglich über eine Anzahl von im Sprachkanal liegenden Kanäle verfügen. Eine bekannte
Übertragungseinrichtung (K.Steinbuch: "Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung,
Springer-Verlag 1967, Seiten 827, 830) arbeitet auf der Sendeseite so, daß durch
einen Modulationsvorgang ein vorhandener Tonträger nur dann eingeschaltet wird,
wenn das Binärzeichen mit dem Wert logisch 1 vorhanden ist. Während dieser Zeit
wird eine Vielzahl von Schwingungen des Uonträgers auf den Ubertragungskanal gegeben.
Auf der Empfangsseite werden die Wechselstromsignale gleichgerichtet und steuern
nachgeordnete Einrichtungen. Im Gegensatz zur Doppelwechselstromtelegrafie arbeitetödie
kurz erläuterte Ubertragungseinrichtung nach dem Prinzip der Einfachwechselstromtelegrafie,
wobei also beim Vorhandensein von Binärzeichen mit dem Wert logisch 0 keine Signalwechselspannungen
auf den bTbe-r tragungskanal gegeben werden.
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Auch beim schienengebundenen Verkehr hat der Bedarf an Transportkapazität
in den letzten Jahren ständig zugenommen. Aus diesem Grunde müssen sowohl im Hinblick
auf den Personenals auch auf den Güterverkehr die vorhandenen Trassen besser ausgenutzt
werden, um einen möglichst rationellen Betrieb zu gewährleisten. Zu diesem Zweck
ist in den letzten Jahren die Verkehrsdichte erheblich gesteigert worden. Dabei
besteht jedoch gleichzeitig nach wie vor die Forderung, daß die bei der Eisenbahn
übliche Sicherheit nicht in Frage gestellt wird. Um diese Forderungen zu erfüllen,
wird das Streckennetz in einzelne Bereiche unterteilt und diesen Bereichen elektronische
Einrichtungen zugeordnet, mit denen die Züge komunizieren. Dabei kann die Informationsübertragung
entweder über entlang der Strecke verlegte Leitungen oder über Funk erfolgen. Es
ist ohne weiteres einzusehen, daß wenn im Bereich einer Zentrale mehrere Züge fahren,
diese Zentrale im Hinblick auf einen regen Informationsaustausch beansprucht wird,
der sich zusammensetzen kann aus einem Sprechfunkverkehr
mit oder
ohne Selektivruf für die Triebfahrzeuge und aus einer Vielzahl von für die sichere,
schnelle und rationelle Betriebsführung erforderlichen weiteren Informationen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen
mit Zugbahnfunk für den dabei auftretenden umfangreichen Datenverkehr eine Ubertragungseinrichtung
in Anlehnung an die eingangs beschriebene Art im Hinblick auf die Einfachwechselstromtelegrafie
zu konzipieren, die im Sprachband eine hohe Telegrafiergeschwindigkeit erreicht.
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Bei der zu erstellenden Ubertragungseinrichtung sollen ferner bei
geringem Aufwand auf der Sende-. und Empfangs seite Zeichenverzerrungen leicht korrigierbar
sein.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sendemodulator
aus einer Schaltung besteht, die über einen Signaleingang einen Signalpuls vorgegebener
Signalperiodendauer sowie über einen Dateneingang entsprechend den zu übertragenden
Binärzeichen Datensignale mit einer der Signalperiodendauer entsprechenden Breite
erhält, die ferner auf den übertragungskanal bei jedem der Datensignale eine einzige
Periode des Signalpulses gleichstromfrei ausgibt, und daß auf der Empfangsseite
an den Ubertragungskanal eine Triggerschaltung angeschlossen ist, die eine monostabile
Kippstufe steuert, für die eine Zeitkonstante in der Größe der genannten Signalperiodendauer
vorgesehen ist.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ubertragungseinrichtung
liegt insbesondere darin, daß bei einer hohen Ubertragungsgeschwindigkeit der Aufwand
auf der Sende- und Empfangsseite gering ist.
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Der Signalpuls kann aus sinusförmigen Wechselspannungssignalen bestehen,
von denen bei jedem Datensignal mit Hilfe einer elektronischen Schalteinrichtung
eine einzige Periode auf
den Ubertragungskanal gegeben wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann moderne Halbleiter
der Digitaltechnik einsetzen und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Sendemodulator
aus einer logischen Schaltung mit zwei Ausgängen besteht und einer Anzahl von elektronischen
Schaltgliedern der Digitaltechnik, derart, daß die Ausgänge bei jedem der Datensignale
aus demselben Schaltzustand nacheinander in den anderen und anschließend in den
erstgenannten Zustand gehen, wobei der Signalpuls aus rechteckförmigen Signalen
besteht und an die beiden Ausgänge der logischen Schaltung ein ohmscher Widerstand
angeschlossen ist, der eine auf einem konstanten elektrischen Potential der logischen
Schaltung liegende Mittenanzapfung aufweist.
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In diesem Zusammenhang kann die logische Schaltung in vorteilhafter
Weise aus zwei NAND-Gliedern bestehen, von denen je ein Eingang mit dem Dateneingang
verbunden ist und ein zweiter Eingang des einen NAND-Gliedes unmittelbar und der
zweite Eingang des anderen NAND-Gliedes Uber ein Negationsglied mit dem Signaleingang
verbunden sind.
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Es ist aber auch eine gleichwertige Ausführungsform denkbar, bei welcher
an Stelle der NAND-Glieder UND-Glieder vorgesehen sind. Dabei ist es technisch gesehen
unerheblich, ob die Mittenanzapfung des an die logische Schaltung angeschlossenen
ohmschen Widerstandes auf konstant hohem Potential liegt, das bekanntlich bei positiver
Logik dem Wert logisch 1 entspricht, oder ob die Mittenanzapfung auf Nullpotential
gelegt ist.
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FUr die Anwendung der erfindungsgemäßen Ubertragungseinrichtung bei
Ubertragungskanälen mit nicht zu vernachlässigenden Zeichenverzerrungen ist es nach
einer anderen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung zweckmäßig, auf der Empfangsseite
eine retriggerbare monostabile Kippstufe vorzusehen, deren
Zeitkonstante
einen Wert der Signalperiodendauer aufweist, welcher entsprechend der auf dem Ubertragungskanal
vorhandenen Zeichenverzerrung prozentual erhöht ist.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden nachstehend näher erläutert.
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Es zeigen im einzelnen: Fig. 1 eine Ubertragungseinrichtung für Binärzeichen
mit Sende- und Empfangsseite, Fig. 2 in mehreren Diagrammlinien verschiedene Signalverläufe,
Fig. 3 einen synchronisierbaren Oszillator für einen rechteckförmigen Signalpuls
zur Verwendung auf der Sendeseite und Fig. 4 eine retriggerbare Kippstufe in Digitaltechnik
für die Empfangs seite.
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Die Ubertragungseinrichtung nach Fig. 1 zeigt im linken Teil einen
Sendemodulator, der aus einer logischen Schaltung mit drei elektronischen Schaltgliedern
der Digitaltechnik aufgebaut ist. Die logische Schaltung besteht aus zwei NAND-Gliede-rn
NG1 und NG2, von denen je ein Eingang mit einem Dateneingang DG verbunden ist. Der
zweite Eingang des NAND-Gliedes NG2 ist unmittelbar an einen Signaleingang SG angeschlossen,
während der zweite Eingang des anderen NAND-Gliedes NG1 mittelbar über ein Negationsglied
N1 mit dem Signal eingang SG verbunden ist. Dieser führt einen rechteckförmigen
Signalpuls SP (Fig. 2,, der zusammen mit den zu übertragenden Datensignalen DE (Fig.
2 entsprechend der Binärzeichen vom Wert logisch 1 von einem nicht weiter dargestelltem
Schaltwerk oder einer beliebigen anderen Signalquelle abgegeben wird. An die Ausgänge
NG11 und NG21 der beiden NAND-Glieder NG1 und NG2 ist ein ohmscher Widerstand Ri
mit einer Mittenanzapfung Ril angeschlossen, die auf konstantem positivem Potential
liegt, welches bei positiver Logik der verwendeten digitalen Schaltglieder
dem
Wert logisch 1 entspricht. Weiterhin ist an die Ausgänge NG11 und NG21 der durch
die Schaltglieder N1, NG1 und NG2 gebildeten logischen Schaltung ein Tiefpaß TP
angeschlossen, an den sich ein Ubertragungskanal UL anschließt.
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Der Tiefpaß TP hat die Aufgabe, aus den ihm zugeführten rechteckförmigen
Signalen, deren Zustandekommen weiter unten an Hand von Fig. 2 noch näher erläutert
werden wird, im wesentlichen die Grundwelle zu übertragen, so daß auf dem Ubertragungskanal
UL sinusförmige Spannungen erscheinen.
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Bei Ubertragungskanälen, die bereits selbst ausgeprägte Tiefpaßeigenschaften
haben, kann auf die Anwendung des Tiefpasses TP verzichtet werden.
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Auf der anderen Seite des Ubertragungskanales UL, der durch ein Kabel
oder auch unter Verwendung zusätzlicher Sende-und Empfangseinrichtungen für Trägerfrequenzen
aus einer Funkstrecke bestehen kann, ist schließlich ein Bandpaß BP vorgesehen,
an den über einen Verstärker VR eine Triggerschaltung TR geschaltet ist. Diese steuert
schließlich eine monostabile Kippstufe ME, die vorzugsweise retriggerbar ist, und
deren Zeitkonstante für den instabilen Zustand einen Wert der Signalperiodendauer
SE (Fig. 2) aufweist, vermehrt um einen prozentualen Betrag der auf dem Ubertragungskanal
UL vorhandenen Zeichenverzerrung.
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Die Wirkungsweise der Ubertragungseinrichtung nach Fig. 1 wird an
Hand der Diagrammlinien nach Fig. 2 kurz erläutert.
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Zunächst sei darauf hingewiesen, daß es wesentlich ist, daß die Länge
der Datensignale DE übereinstimmt mit der Signalperiodendauer SE des rechteckförmigen
Signalpulses SP.
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Ferner liegen die Vorderflanken der Datensignale bei den Flanken des
Signalpulses. Zum Zeitpunkt t1 liegt am Dateneingang DG kein Datensignal, weil zunächst
angenommen wird, daß bei einer zu übertragenden Information eine Stelle abgetastet
wird mit einem Binärzeichen vom Wert 0. Zum selben
Zeitpunkt weist
der Signalpuls SP hohes Potential und damit für die Schaltglieder N1 und NG2 ein
Signal vom Wert logisch 1 auf. Diese Signalkonfigpration hat schließlich bei den
NAND-Gliedern NG1 und NG2 zur Folge, daß deren Ausgänge NG11 und NG21 übereinstimmend
auf hohem positivem Potential liegen. Damit fließt über den Widerstand R1 kein Strom,
so daß das Signal UL1 auf dem Ubertragungskanal UL gleich Null ist.
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Vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 ist angenommen worden, daß unmittelbar
aufeinanderfolgend drei Datensignale entsprechend dem Binärzeichen vom Wert logisch
1 auf den Dateneingang DG gelangen. Solange der Signalpuls SP nach dem Zeitpunkt
t2 tiefes Potential führt, gibt das NAND-Glied NG1 über seinen Ausgang NG11 mit
tiefem Potential den Wert logisch 0 aus. Während dieser Zeit bleibt der Ausgang
NG21 des anderen NAND-Gliedes NG2 mit hohem Potential auf dem Wert logisch 1.
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Diese beiden Schaltzustände der Ausgänge NG11 und NG21 wechseln sich
während der zweiten Halbperiode des Signalpulses nach dem Zeitpunkt t2 ab, so daß
dann der Ausgang NG21 tiefes Potential und der Ausgang NG11 hohes Potential führt.
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Durch den beschriebenen Wechsel der logischen Zustände der beiden
NAND-Glieder NG1 und NG2 entstehen am Widerstand R1 entgegengerichtete rechteckförmige
Spannungsimpulse, die nach dem Durchlaufen des Tiefpasses TP einen sinusförmigen
Verlauf mit einer Gesamtbreite entsprechend der Signalperiodendauer SE aufweisen.
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Da angenommen wurde, daß drei aufeinanderfolgende Datensignale am
Dateneingang DG vorliegen, zeigt der Signalverlauf ULl dementsprechend drei aufeinanderfolgende
Perioden einer sinusförmigen Schwingung.
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Die auf den Ubertragungskanal UL gegebenen Signale gelangen über den
Bandpaß BP, der nicht erwünschte Frequenzen von der nachgeschalteten Empfangseinrichtung
fernhält, über den Verstärker VR auf die Triggerschaltung TR, die so eingestellt
ist,
daß jeweils mit der zweiten Halbwelle der auf den Ubertragungskanal UL abgegebenen
Signale bei einer vorgegebenen Signalamplitude UL11 ein Schaltvorgang ausgelöst
wird. Die Verwendung der zweiten Halbwelle zum Schalten der Triggerschaltung TR
hat den Vorteil, daß bei dieser Halbwelle weniger Verzerrungen des Signals vorhanden
sind.
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Die retriggerbare monostabile Kippstufe Mm wird bei dem durch die
Triggerschaltung TR ausgelösten Schaltvorgang aus der dargestellten Grundstellung
in die instabile Lage gesteuert, in welcher die Kippstufe ME mindestens für die
Zeitdauer der gewählten Signalperiodendauer SE verbleibt.
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Nach dem Ablaufen dieser Zeit fällt die mono stabile Kippstufe ME
wieder in die Grundstellung zurück. Das bei diesem Schaltvorgang über den Ausgang
A abgegebene Signal hat den Verlauf All (Fig. 2). Hieraus ist leicht zu erkennen,
daß die von der monostabilen Kippstufe erzeugten Signale denjenigen entsprechen,
die über den Dateneingang DG auf die Ubertragungseinrichtung gegeben worden sind.
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Zur Vermeidung von etwaigen Lücken zwischen direkt benachbarten Datensignalen
auf der Empfangsseite, z.B. beim Signalverlauf All infolge von Zeichenverzerrungen
auf dem Ubertragungskanal, zwischen den Zeitpunkten t20 und t30, kann für die retriggerbare
mono stabile Kippstufe ME eine Zeitkonstante eingestellt werden, die etwas größer
ist als die Signalperiodendauer SE.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt einen synchronisierbaren
Oszillator für einen rechteckförmigen Signalpuls.
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Diese Schaltungsanordnung kommt dann zur Anwendung, wenn auf der Sende
seite der erfindungsgemäßen Ubertragungseinrichtung nach Fig. 1 kein mit den Datensignalen
DE synchroner Signalpuls vorhanden ist, so daß also der Signalpuls SP auf der Sendeseite
erst noch erzeugt werden muß.
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Die Schaltungsanordnung besteht aus einem Quarzoszillator QR, der
einen Frequenzteiler FR steuert. Für den Frequenzteiler FR
ist
ein Teilerverhältnis n : 1 vorgesehen, derart, daß über den Ausgang FRA ein Signalpuls
entsprechend demjenigen in der ersten Diagrammzeile nach Fig. 2 ausgegeben wird.
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Weiterhin ist eine Impulsformerstufe IE vorgesehen, die aus einem
NAND-Glied NG3 besteht, dessen einer Eingang direkt und dessen anderer Eingang über
eine ungerade Anzahl von Negationsgliedern mittelbar mit dem Eingang EG für Datensignale
verbunden ist. An das NAND-Glied NG3 ist ein weiteres Negationsglied angeschlossen,
dessen Ausgang mit einem Rücksetzeingang RG des Frequenzteilers FR verbunden ist.
Die Impulsformerstufe IE löst bei jedem auf den Eingang EG gegebenen Datensignal
an dessen Vorderflanke einen Nadelimpuls für den Rücksetzeingang RG aus. Hierdurch
erfolgt bei jedem Datensignal eine Synchronisierung des vom Frequenzteiler FR ausgegebenen
Signalimpulses. Die beiden Leitungen L1 und L2 der Schaltungsanordnung nach Fig.
3 werden im praktischen Betrieb mit den Klemmen SG bzw. DG der Ubertragungseinrichtung
nach Fig. 1 verbunden.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
einer retriggerbaren monostabilen Kippstufe ME (Fig. 1) in Digitaltechnik. Diese
Kippstufe besteht aus einem Quarzoszillator QRl, der über ein UND-Glied Ul einen
Zähler ZR fortschaltet, dessen Ausgang ZRA mit dem Rücksetzeingang RG1 einer aus
zwei NAND-Gliedern aufgebauten bistabilen Kippstufe KE angeschlossen ist. Ferner
ist mit dem Ausgang ZRA der zweite Eingang des UND-Gliedes U1 verbunden.
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Eine aus Negationsgliedern und einem NAND-Glied aufgebaute Impulsformerstufe
IE1 zum Erzeugen je eines Nadelimpulses an der Vorderflanke eines von der Triggerschaltung
TR (Fig. 1) abgegebenen Signales gelangt über ein Negationsglied N2 auf einen Rücksetzeingang
RG2 des Zählers ZR und auf den Setzeingang S der bistabilen Kippstufe KE.
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Die Wirkungsweise der retriggerbaren monostabilen Kippstufe in Digitaltechnik
nach Fig. 2 ist folgende. In der
für eine mono stabile Kippstufe
als Grundstellung definierten stabilen Lage ist das UND-Glied U1 gesperrt, so daß
der Zähler ZR keine Impulse vom Quarzoszillator QR1 erhält.
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Ferner ist die bistabile Kippstufe KE in einer Lage, bei welcher über
den Ausgang Al ein Signal vom Wert logisch 0 abgegeben wird. Sobald die Impulsformerstufe
IE1 einen Nadelimpuls abgibt, wird der Zähler ZR zurückgesetzt und die bistabile
Kippstufe über den Eingang S gesetzt, derart, daß über den Ausgang Al hohes Potential
und damit der Wert logisch 1 ausgegeben wird. Als Folge des Rücksetzens des Zählers
ZR ist das UND-Glied U1 nicht mehr gesperrt, so daß die quarzstabilen Impulse den
Zähler ZR fortschalten. Die Dauer des Zählvorganges bis zum Erreichen der Endstellung,
bei welcher über den Ausgang ZRA die bistabile Kippstufe KE wieder in die Ausgangsstellung
gebracht und das UND-Glied U1 gesperrt wird, ist identisch mit der Signalperiodendauer
SE (Fig. 2). Der beschriebene Vorgang wiederholt sich bei jedem über den Ubertragungskanal
UL (Fig. 1) gegebenen Datensignal.
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Auch bei der retriggerbaren monostabilen Kippstufe in Digitaltechnik
nach Fig. 4 ist es durch Erhöhung des Zählvolumens des Zählers ZR leicht möglich,
die Zeitkonstante der Kippstufe im Hinblick auf die eventuell durch Ubertragungskanal
vorhandene Zeichenverzerrung zu erhöhen. Die Retriggerbarkeit ist dadurch gewährleistet,
daß der Zähler ZR bereits vor dem Erreichen seiner Zählerendstellung, bei der das
Signal über den Ausgang ZRA gegeben wird, wieder rückgesetzt wird in die Anfangsstellung.
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4 Figuren 5 Patent ansprüche