DE2629403A1 - Vorrichtung zur zeitverzoegerung eines analogen informationseingangssignales - Google Patents
Vorrichtung zur zeitverzoegerung eines analogen informationseingangssignalesInfo
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Description
455 West Maude Avenue, Sunnyvale, Calif., V.St.A.
Vorrichtung zur Zeitverzögerung eines analogen Informationseingangssignales
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zeitverzögerung eines analogen Informationssignales, insbesondere
auf einen verbesserten Signalverzögerungskreis mit einer geringen Einfügungsdämpfung und einer Phasenlinearität
zum Gebrauch in FM-Kommunikationssystemen.
Sowohl in den Sendekreisen als auch in den Empfangskreisen von FM-Kommunikationssystemen ist es oft erforderlich, ein
besonderes Signal zu verzögern, um das Funktionieren des Systems zu verbessern. Beispielsweise ist es manchmal in Sendern
erforderlich, das Informationssignal zu verzögern, um einem Detektor Zeit zu geben, das Informationssignal zu er-
/rncc
kennen, um das Trägersignal gleichzeitig zu modulieren
und zu senden. In ähnlicher Weise kann die Verzögerung in Demodulatorgeräuschsperren (demodulator squelch circuits)
nötig sein, um die Unterdrückung von Rauschen des demodulierten Informationssignals zu bewirken.
Bekannte Verzögerungskreise sind wegen der hohen Kosten der komplizierten Generatoren, Filter und Phasenlinearitätskompensatoren,
die gefordert werden, um das mit ihnen verbundene Rauschen und die daraus resultierende Signaldegratation
zu unterdrücken, nachteilig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen verbesserten Verzögerungskreis mit niedrigen Einfügungsdämpfungen und geringen Phasenverzerrungscharakteristiken
anzugeben.
Die bevorzugte Ausführungsform enthält eine Eimerkettenverzögerungsleitung,
um ein analoges Informationseingangssignal in eine Reihe von Pulsen mit Amplituden, die
besonderen Abschnitten des Eingangssignales entsprechen aber zeitlich gesehen zu diesem verschoben sind, umzuwandeln,
eine Abtast- und Halteanordnung, die die Pulsreihe benützt, um das Singangsanalogsignal zu rekonstruieren
und einen Taktgenerator zur Erzeugung von Impulsen, die die Verzögerungsleitung und die Abtast- und Halteanordsychronisieren
und steuern. Das rekonstruierte Signal ist kontinuierlich, weist eine geringe Phasenverzerrungs-
auf und ist um eine vorgegebene Zeitperiode in bezug auf das Eingangssignal verzögert.
Ein grundsätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie bereits verfügbare elektronische Komponenten
benützt, um ein verzögertes Signal ohne Phasenverzerrung herzustellen.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Einfügungsdämpfung gemäß ihrer Einführung in den
Kreis gering ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine geringe Ausgangsfilterung gefordert wird, eine bessere Gesamtphasenlinearität
erreicht wird und eine geringere Gesamtkreiskomplexität erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das verzögerte Signal ein hohes Signal-Rauschverhältnis,aufweist
und frei von Phasennichtlinearität ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Ausführung des Verzögerungskreises nur abhängig ist von der
Rate der Taktpulse und nicht von ihrer Arbeitsphase.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden·dem Durchschnittsfachmann augenscheinlich, nachdem
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er die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die in der Zeichnung dargestellt ist, gelesen
hat.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
des verzögerten Kreises nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung den Verzögerungskreis der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm mit den verschiedenen in dem Kreis benützten Zeitsignalen.
Fig. 4 zeigt die Wirkung der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 1 ist ein Verzögerungskreis dargestellt, der der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
entspricht und der eine Eimerkettenverzögerungsleitung (bucket brigade delay line) 1o mit einem Signaleingang 12,
mit Steuereingängen 14 und 16 und mit einem Ausgang 18, eine Abtast- und Haltevorrichtung (sample-and-hold device)
2o mit einem Signaleingang 22, mit einem Steuereingang 24 und mit einem Ausgang 26, einen Taktgenerator 28, mit einem
Eingang 3o und mit Ausgängen 32 und 34 und einen Impulskorrektor (pulse stretcher) 36 mit einem Eingang 38 und
mit einem Ausgang 4o aufweist.
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In dieser Ausführungsform wird von dem Taktgenerator 28 ein extern erzeugtes Rechteckwelleneingangssignal 7o am
Anschluß 3o benützt, um ein Paar von Zeitsignalen 72 und 74 an den Leitungen 32 und 34 zu erzeugen, wobei diese
Zeitsignale gegeneinander um 180 phasenverschoben sind. In Erwiderung auf das Anlegen des Signals 72 an den Steuereingang
14 und auf das Anlegen von einer gedehnten Form des Signales 74 an den Steuereingang 16 wandelt die Eimerkettenverzögerungsleitung
1o ein Informationseingangssignal 8o am Anschluß 12 in eine Reihe von Abtastspannungspulse
82 mit Amplituden, die den Amplituden gewisser Abschnitte des Eingangssignales entsprechen, die aber zeitlich
gesehen gegenüber diesen verschoben sind, um.
Der Abtast- und Haltekreis 2o spricht auf das an den Eingang 24 angelegte Signal 74 an, tastet sequentiell jeden
der Abtastspannungspulse der Reihe 82 und hält jeden
Prüfspannungspegel solange bis dernächste Impuls abgetastet wird. Die resultierende Reihe der Spannungspegel bildet
das rekonstruierte Informationsausgangssignal 84 am Anschluß 26. Obwohl die besonderen Charakteristiken des
rekonstruierten Signals 84 weiter unten im einzelnen näher beschrieben werden, genügt es zu sagen, daß das
Signal 84 im wesentlichen mit dem Eingangssignal 8o identisch ist, wenn man davon absieht, daß es zeitlich gesehen
um eine vorbestimmte Periode verzögert ist.
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Vie dies in dem mehr detaillierten schematischen Diagramm
der Fig. 2 dargestellt ist, schließt die Eimerkettenverzögerungsleitung 1o eine Reihe von datenspeicherähnlichen
Stufen 4o und eine Ausgangsstufe 41 ein. Jede Speicherstufe 4o schließt einen Spannungsfolgerverstärker (a
voltage follower applifier) 42 ein Gatter 43 und einen Kondensator 44 ein. Das Eingangsgatter 43 der ersten
Stufe spricht auf jeden Taktimpuls 76 an, um das Eingangssignal am Anschluß 12 abzutasten und verursacht,
daß das abgetastete Eingangssignal den Kondensator 44 der ersten Stufe bis zu dem Spannungspegel des abgetasteten
Abschnittes auflad. Der Kondensator 44 hält dann
die abgetastete Spannung bis das Gatter 43' der nächsten Stufe 4o in Erwiderung auf den nächsten Impuls 72 öffnet
und verursacht, daß die Ladung des Kondensators 44 auf den Kondensator 44' übertragen wird. Die Gatter 43 der
folgenden Stufen öffnen und schließen sequentiell in ähnlicher Weise in Erwiderung auf die Eingangszeitsignale,
wodurch jeder Impuls schrittweise nacheinander durch jedes Speicherelement übertragen wird. Nach der
Speicherung in der letzten Stufe 4o liegt jede geprüfte Spannung als Ausgang an der Leitung 18, da das Gatter
45 der Ausgangsstufte 41 auf die Taktpulse 76 anspricht.
Die Anzahl der Speicherstufen 4o in. der Reihe und die
interne Schaltrate der Stufengatter bestimmt die Länge
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der Zeit, um die die Abtastungen beim Durchgang durch die Verzögerungsleitung 1o verzögert sind. Allgemeiner gesagt, bestimmen
die an den Eingang 16 angelegten Zeitsignale die Rate mit der das Eingangssignal abgetastet wird und die
Rate mit der die Abtastungen an der Leitung 18 Ausgangssignale sind. Zusammen mit den an den Eingang 14 angelegten
Zeitsignalen bestimmen die an den Eingang 16 angelegten Zeitsignale die Rate, mit der die Abtastungen durch die
Verzögerungsleitung laufen.
Der Abtast- und Haltekreis 2o ist schematisch dargestellt und schließt einen Eingangsverstärker 46, ein Gatter 47,
eine Kapazität 48 und einen Ausgangsverstärker 49 ein. Das Gatter 47 kann aus irgendeinem passenden Schaltkreis
bestehen, der die Eingangsspannung immer dann,renn ein
Zeitpuls an der Leitung 24 erscheint an den Kondensator ankoppeln kann. Entsprechend wird Jedes Zeitgatter 47 angeschaltet,
der Kondensator 48 durch den Verstärker 46 auf einen Spannungspegel geladen, der proportional zu dem Spannungspegel
des Abtastspannungspulses der am Eingang 22 erscheint, ist und hält diesen Pegel bis der nächste
Impuls abgetastet ist. Wie später ausführlicher erläutert wird, wird die Synchronisation zwischen dem Gatter
45 der Verzögerungsleitung 1o und dem Gatter 47 dadurch sicher gestellt, daß die Zeitsignale für beide Gatter
aus einer gemeinsamen Quelle abgeleitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Takt-
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generator 28 zwei monostabile Multivibratoren 5o und 52 und ein Paar von Verstärkern 54 und 56 ein. Der Multivibrator
5o wird durch die Pegeländerungen der Vorderflanke des Rechteckwellensignals, das an den Anschluß
3o angelegt wird getriggert und erzeugt Taktpulse kurzer Dauer, die durch den Verstärker 54 verstärkt werden und
am Ausgang 32 anliegen. Der Multivibrator 52 wird durch die Pegeländerungen der Abfallflanke desselben Rechtecksignals
getriggert und erzeugt Pulse derselben Amplitude und Dauer wie die Pulse, die von dem Multivibrator 5o erzeugt
werden und die in der entsprechenden Weise durch den Verstärker 56 verstärkt werden und am Ausgang 34 anliegen.
Die Dauer der von den Multivibratoren 5o und 52 erzeugten Pulse ist solange nicht kritisch wie sie sich nicht
überlappen. Typischerweise ist ein Tastverhältnis von 1o
bis 4o % akzeptabel. Auf diese Weise erzeugt der Taktgenerator 28 zwei Sätze von Zeitpulsen, die beide dieselbe
Amplitude und Dauer aufweisen, die aber gegeneinander um 180° phasenverschoben sind.
Der Pulskorrektor 36 ist ein Kreis, der dazu benützt wird,
die von dem Multivibrator 52 erzeugten Impulse zu dehnen und schließt einen Kondensator 58, einen Widerstand 6o,
eine Diode 62 und einen Verstärker 64 ein. Dieser Kreis hat eine schnelle Anstiegszeit aber eine langsame Verzögerungszeit,
wie sie durch die RC-Zeitkonstante der Kapazität 58 und des Widerstandes 6o bestimmt wird. Auf diese
Weise wird die Vorderflanke der Pulse die durch den PuIs-
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korrektor 36 laufen nicht materiell beeinträchtigt, aber
die Abfallflanken dieser Pulse werden um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert, wodurch die Dauer der Pulse ansteigt,
ohne daß die Pulsrate des Zeitsignals verändert wird.
Die Fig. 3 zeigt die Zeitbeziehungen der Zeitsignale, die benützt werden, um die Verzögerungsleitung 1o und den
Prüf- und Haltekreis 2o zu steuern. Das Signal 7o ist eine Rechteckwelle mit einer gleichmäßigen Periode das
außerhalb des Verzögerungskreises erzeugt wird. Die Signale 72 und 74 sind von den Multivibratoren 5o und 52
nacheinander erzeugte Zeitsignale und das Signal 76 ist ein zeitgedehntes zu dem Signal 74 korrespondierendes
Signal nach der Dehnung durch den Pulskorrektor 36. Die schraffierten Intervalle 78, die - innerhalb der Pulse des
Signals 76 dargestellt sind, stellen jene Teile der Pulse
76 dar, die durch den Abtast- und Haltekreis 2o abgetastet werden. Es wird festgestellt, daß die Intervalle 78 mit'
den Pulsen des Signals 74 koinzidieren, da die Signale 74 und 76 beide von dem Ausgangesignal des Multivibrators
52 abgeleitet sind und das Signal 74 den Abtast- und Haltekreis steuern.
Aus der Fig. 4 geht hervor, wie die Verzögerungsoperation bewerkstelligt wird. Das Signal 8o stellt ein analoges Informationssignal
dar, wie es an den Eingang 12 angelegt wird. Das Signal 82 stellt die Reihe der Abtastspannungspulse
die den Abschnitten des Signals 8o entsprechen dar, nach-
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dem es durch die Verzögerungsleitung 1o abgetastet und verzögert
wurde. Das Signal 84 stellt das rekonstruierte Informationssignal dar, das durch den Abtast- und Haltekreis
2o am Ausgangsanschluß 26 entwickelt wurde. Es wird festgestellt, daß das Signal 84 eine treppenstufenfönnige kontinuierliche
Annäherung des Signales 8o ist, das zeitverzögert ist. Klarerweise wird das Signal 84 der Wellenform
des Signales 8o enger angenähert sein, wenn die Abtastraten der Verzögerungsleitung 1o und des Abtast- und Haltekreises
2o gesteigert werden.
Während des Betriebes wird die extern erzeugte Rechteckwelle 7o (Fig. 3) von dem Taktgenerator 28 am Eingang 3o empfangen
und das Imformationssignal 8o (Fig. 4) wird durch die Verzögerungsleitung 1o am Eingang 12 empfangen. Die
Multivibratoren 5o und 52 werden beide durch die Rechteckwelle 7o aktiviert und verursachen die Erzeugung der Zeitsignale
72 und 74, die dieselbe Periode aufweisen, die aber um 180° gegeneinander phasenverschoben sind. Das Zeitsignal
74 wird durch den Verstärker 56 verstärkt, durch den Pulskorrektor 36 gedehnt und an den Eingang 16 der Verzögerungsleitung
1o gegeben, wo es sowohl die Rate mit der das Informationssignal 8o durch das Gatter 43 des ersten
Speicherelementes 4o getastet wird und die Rate bei der verzögerte Pulse 82 durch die Verzögerungsleitung 1o
durchschaltet werden, bestimmt. Das Zeitsignal 72 wird durch den Verstärker 54 verstärkt und an den Eingang 14
R η α. ft ft ς / η 7 s κ
der Verzögerungsleitung 1o gegeben, wo es zusammen mit
dem Zeitsignal 74 die interne Rate bestimmt, bei der die Abtastungen des Eingangssignales 80 durch die Stufen 4o
der Verzögerungsleitung 1o übertragen werden. Das Zeitsignal
74 wird auch an den Eingang 24 dem Abtast- und Haltekreis 2o eingegeben, wo es die Rate bestimmt bei den Abtastungen
von dem Ausgang 18 der Verzögerungsleitung 1o genommen werden.
Wie vorher schon beschrieben, wird das Informationssignal 80 durch die Verzögerungsleitung 1o in eine Mehrzahl von
Abtastspannungspulsen geteilt die in der Anzahl und Zeit gleich sind den Zeitimpulsen des Signals 76, die aber
Spannungsamplituden aufweisen, die proportional zu den Amplituden der entsprechenden Abschnitte des Signales 80
sind. Diese Pulsabtastungen werden durch die verschiedenen Stufen der Verzögerungsleitung 1o mit einer durch die Zeitsignale
72 und 76 bestimmten Rate durchgeschaltet, bis sie den Ausgang 18 erreichen. Wie zuvor schon angedeutet,
steuert das Signal 74 die Abtastrate des Abtast- und Haltekreises 2o und das Signal 76 steuert die Ausgangsrate der
Verzögerungsleitung 1o. Da die Signale 74 und 76 in Phase sind und dieselbe Frequenz aufweisen, die Pulse des Signales
76 aber langer in der Zeitdauer als die Pulse des Signales 74 sind, fallen die Abtastungen, die durch den
Abtast- und Haltekreis· 2o vorgenommen wurden, den kontinuierlierlichen Teil der von der Verzögerungsleitung
1o erzeugten Abtastspannungspulse 82 und sind auf
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diese Weise nicht durch eine Beeinflussung durch die Hinterflanken verformt. Der Abtast- und Haltekreis 2o
speichert und gibt den DC-Spannungspegel jeder Abtastung
kontinuierlich aus, bis eine andere Abtastung vorgenommen wird, was zur Erzeugung eines treppenstufenförmig rekonstruierten
Signales 84 am Ausgang 26 führt, wobei das Signal 84 dem um eine vorgegebene Periode zeitverzögerten
Informationssignal 8o sehr eng angenähert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die
eine Verzögerungsleitung 1o mit einer festen Anzahl von
Speicherelementen 4o benützt, kann die Zeitverzögerungsperiode dadurch ausgedehnt werden, daß mehrere Verzögerungsleitungen
zwischen dem Eingangsanschluß 12 und dem Abtast- und Haltekreis 2o in Kaskade geschaltet sind. In
solch einer Ausführungsform muß der Taktgenerator 28 abgeändert
werden, um zusätzliche Zeitsignale 72 und Ik zu
erzeugen, wobei jeder zusätzliche Satz von Pulsen eine im Vergleich zu den vorhergehenden Satz von Pulsen eine
reduzierte Arbeitsphase aufweist, so daß wahre Abtastungen von jeder Verzögerungsleitung genommen werden.
Es wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Rahmen der Erfindung können an diesem Ausführungsbeispiel
verschiedene Abänderungen vorgenommen werden.
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Claims (8)
- PatentansprücheVorrichtung zur Zeitverzögerung eines analogen Informationseingangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß Taktgeneratormittel (28) zur Erzeugung eines ersten Zeitsignals, das eine Reihe von ersten Pulsen einschließt und zur Erzeugung eines zweiten Zeitsignals, das eine Reihe von zweiten Pulsen einschließt, wobei die zweiten Pulse gegenüber den ersten Pulsen um 180° phasenverschoben sind, vorgesehen sind, daß Pulskorrekturmittel (36) zur Dehnung der Dauer der zweiten Pulse um so eine Reihe von gedehnten Pulsen herzustellen, deren Vorderflanken im wesentlichen zeitlich gesehen mit den Vorderflanken der zweiten Pulse koinzidieren und deren Hinterflanken im Verhältnis zu den Hinter-? flanken der zweiten Pulse verzögert sind, vorgesehen sind, daß Eimerverzögerungsmittel (1o), die auf die ersten Pulse und auf die gedehnten Pulse ansprechen und wirksam werden, um aufeinanderfolgend Abschnitte des analogen Eingangsinformationssignales abzutasten und um eine Reihe von Spannungspulsen zuerzeugen, die diesen Abschnitten entsprechen und die dazu proportionale Spannungsaniplituden aufweisen, wobei diese Spannungspulse im Verhältnis zu den entsprechenden Imformationssignalabschnitten zeitverzögert sind, vorgesehen sind und daß Abtast- und Haltemittel vorgesehen sind,609885/0755die auf die zweiten Pulse ansprechen und wirksam sind, um jeden dieser Spannungspulse abzutasten und ein analoges Signal (84) zu rekonstruieren, das eine Annäherung an das um eine vorbestimmte Zeitperiode verzögerte analoge Informationseingangssignal (8o) ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgeneratormittel (28) einen ersten Multivibrator (5o) zur Erzeugung des ersten Zeitsignals und einen zweiten Multivibrator (52) zur Erzeugung des zweiten Zeitsignales einschießen, wobei der erste und der zweite Multivibrator durch eine herkömmliche Signalquelle (3o) gesteuert werden.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast- und Haltemittel (2o) ein Spannungsspeicherelement (48) und ein Abtastgatter (47) einschließen, das durch das zweite Zeitsignal gesteuert wird und das wirksam wird, um nacheinander die Spannungspulse in das Spannungsspeicherelement (48) durchzuschalten.
- 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulskorrekturmittel (36) einen Verstärker (64) einschließen, der einen Eingangskreis mit einem in Reihe verbundenen Widerstand (6o) einen Parallelkondensator (58) und eine Diode (62) die zu dem Widerstand (6o) parallel geschaltet ist aufweist, daß die Diode (62) so polarisiert ist, daß die Energie von den zweiten Zeitpulsen den Konden-609885/0755sator (58) unabhängig von dem Widerstand (60) auflädt, aber die Entladung des Kondensators (58) über den Widerstand (60) verursacht, wobei die Abfallflanken der Pulse der RC-Zeitkonstanten der Kombination des Widerstandes (60) und des Kondensators (58) entsprechend verzögert werden.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast- und Haltemittel (2o) ein Abtastgatter (47) und ein Spannungsspeicherelement (48) zum aufeinanderfolgenden Speichern der Spannungspulse wie sie durch das Abtastgatter durchgeschaltet werden und zur kontinuierlichen Abgabe der gespeicherten Spannungen zur Entwicklung des rekonstruierten Analogsignals aufweisen.
- 6. Signalverzögerungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (28) zur Erzeugung einer ersten Reihe von regelmäßig voneinander entfernten Pulsen einer ersten Länge, zur Erzeugung einer zweiten Reihe von regelmäßig voneinander entfernten Pulsen derselben Länge wie die ersten Pulse aber diesen gegenüber um 180° phasenverschoben und einer dritten Reihe von regelmäßig voneinander entfernten Pulsen einer längeren Zeitdauer als die zweiten Pulse aufweist, vorgesehen sind, wobei die Vorderflanke der dritten Reihe im wesentlichen mit den zweiten Pulsen koinzidieren, daß eine Eimerkettenverzögerungsleitung (1o), die auf die ersten und dritten Pulse anspricht und die den Abaschnitten eines Ein-609885/0755gangsinformationssignales entsprechend Spannungsimpulse erzeugt und Spannungsamplituden aufweist, die proportional zu diesen Abschnitten sind, wobei die Spannungspulse im Verhältnis zu entsprechenden Abschnitten des Informationssignales zeitverzögert sind, vorgesehen ist, "und daß eine Ausgangsanordnung (2o) mit Abtast- und Haltemitteln, die auf die zweiten Pulse ansprechen und die die Spannungspulse abtasten und daraus ein analoges Signal das eine Annäherung an das um eine vorbestimmte Zeitperiode verzögerte Eingangsinformationssignal ist zu rekonstruieren, vorgesehen ist.
- 7. Signalverzögerungskreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast- und Haltemittel (2o) ein Spannungsspeicherelement (48) und ein Abtastgatter (47), das durch die zweiten Pulse gesteuert wird und das aufeinanderfolgend die Spannungspulse in das Spannungsspeicherelement (48) durchschaltet, einschließt.
- 8. Signalverzögerungskreis nach Anspruch 6 oder 7f dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast- und Haltemittel (2o) ein Abtastgatter (47) und ein Spannungsspeicherelement (48) zum aufeinanderfolgenden Speichern der Spannungspulse wie sie durch das Abtastgatter (47) durchgeschaltet werden und zur kontinuierlichen Ausgabe der gespeicherten Spannungen um das rekonstruierte Analogsignal zu entwickeln, einschließt.609885/075 5Leerseite
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