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Digitales Filter für binäre Signale
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Die Erfindung betrifft ein digitales Filter gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine bekannte derartige Anordnung, die in der DT-AS 24 15 564 beschrieben
ist, enthält als Zähler ein Schieberegister, dem die Taktimpulse als Schiebeimpulse
zugeführt sind. Die Ausgänge der einzelnen Registerstufen sind über ein Koinzidenzglied
verknüpft, das nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Dauer der Eingangs impulse
mindestens gleich der Verzögerungszeit des Schieberegisters ist. Eine solche Anordnung
hat den Nachteil, daß die Eingangssignale um die Verzögerungszeit des Schieberegisters
verkürzt werden und daß Störimpulse, welche in einen Impuls eingeblendet sind, die
Unterdrückung des eesamten Nutzimpulses bewirken können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales
Filter zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Anordnung nicht aufweist und
Störsignale zuverlässiger unterdrükken kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die neue Anordnung arbeitet in der
Weise, daß der Zweirichtungszähler nach einem Wechsel des Eingangssignals in einer
bestimmten, von der Richtung des Signalwechsels abhängigen Richtung die Taktimpulse
zäfit.
Ist der Signalwechsel durch einen Störimpuls verursacht, dessen Dauer kürzer als
die Zeit ist, in welcher sich der Zählerstand vom einen vorgegebenen Stand bis zum
anderen ändert, das ist die Verzögerungszeit des Zählers, SO zahlt der Zähler nach
dem Störimpuls in umgekehrter Richtung bis zum Erreichen des Ausgangsstandes. Auf
diese Weise werden die Störimpulse nicht aufintegriert, sondern der Zähler läuft
nach Beendigung des Störimpulses in seine Ausgangsstellung zurück.
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Die Zählrichtung des Zweirichtungszählers kann unmittelbar mit dem
Eingangssignal gesteuert sein. Vorteilhaft ist aber dem Zweirichtungszähler ein
Umschalter vorgeschaltet, dem die Taktimpulse zugeführt sind und der vom Eingangssignal
so gesteuert ist, daß die Taktimpulse im einen Signalzustand des Eingangssignals
auf den Eingang des Zweirichtungszählers für Vorwärts zählen und im anderen Signalzustand
auf den Eingang des Zweirichtungszählers für Rückwärtszählen zuführbar sind.
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Zweckmäßig gibt der Zähler bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes
einen Impuls, z. B. einen Ubertragimpuls, ab, der als Sperrimpuls für den Zähler
verwendet werden kann. Hierzu kann der Impuls dem Umschalter zugeführt werden und
ihn in eine solche Stellung bringen, daß er die Taktimpulse sperrt.
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Den Umschalter wird man zweckmäßig mit elektronischen Bauelementen
aufbauen, und zwar mit zwei Koinzidenzgliedern, denen jeweils die Taktimpulse und
das Eingangssignal zugeführt sind. Beim einen binären Signalzustand ist das Eingangssignal
ein Freigabesignal für das eine Koinzidenzglied, beim anderen Signalzustand für
das andere Koinzidenzglied. Dies wird dadurch erreicht, daß das Eingangssignal dem
einen Koinzidenzglied unmittelbar, dem anderen invertiert zugeführt wird. Ferner
sind den Koinzidenzgliedern die Ausgangsimpulse des Zweirichtungszählers zugeführt,
die dieser bei Erreichen der vorgegebenen Grenzzählerstände abgibt, und zwar derart,
daß der Tmpuls, der nach Vorwärtszählen auftritt, das Koinzidenzglied sperrt, das
dem Eingang für Vorwärtszählung vorgeschaltet ist, und der Impuls, der nach Rückwärtszählen
auftritt, das andere Koinzidenzglied sperrt, das dem Eingang für Rückwärtszählen
vorgeschaltet ist.
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Vorteilhaft sind an die Ausgänge des Zweirichtungszählers, an denen
die Ubertragimpulse auftreten, die beiden Eingänge einer bistabilen Kippstufe angeschlossen.
Diese verharrt jeweils in dm Schaltzustand, der mit einem an dem einen Ausgang des
Zweirichtungszählers aufgetretenen Übertragimpuls eingestellt wurde, bis am anderen
Ausgang des Zweirichtungszählers ein Ubertragim- X puls abgegeben wird. Am Ausgang
der bistabilen Kippstufe erscheint das gefilterte, um die Verzögerungszeit des Zweirichtungszählers
verzögerte Eingangssignal.
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Ein Nachteil des bisher beschriebenen Filters ist, daß die Verzögerungszeit
unterschiedlich sein kann. Die Verzögerungszeit wird nämlich verlängert, wenn nach
einem Eingangssignalwechsel und noch während der Verzögerungszeit des Zweirichtungszählers
ein Störimpuls auftritt. Dieser Nachteil kann mit einem zweiten Zähler vermieden
werden, der bei einem Eingangssignalwechsel gestartet wird und dann die Taktimpulse
aufsummiert. Bei Erreichen eines vorgegebenen Standes wird der Stand des Zweirichtungszählers
abgefragt. Je nachdem, ob dieser dann größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert
ist, nimmt das Ausgangssignal des Filters den einen oder den anderen der beiden
binären Signalzustände ein.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie -weitere
Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen Figur 1 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels
mit einem Zähler und Figur 2 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels, das zur
Vermeidung von Signalverzerrungen einen zweiten Zähler enthält.
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Der Anordnung nach Figur 1 wird über einen Eingang E das zu filternde
Signal, und über einen Eingang T werden Taktimpulse zugeführt. Das Eingangssignal
gelangt einerseits auf den einen Eingang eines als Koinzidenzglied arbeitenden NAND-Gliedes
KG1 und andererseits auf den invertierenden Eingang eines Koinzidenzgliedes KG2.
Anderen Eingängen der Koinzidenzglieder KG1 und
J'C.9 sind die Taktimpulse
zugeführt. Der Ausgang des I'oinzidcnzzledes 1;G1ist mit; e einem Eingang EV eines
Zweirichtungszä.hlers Z,tZ verbunden. Jeder diesem Eingang EV zugeführte Taktimpuls
erhöht den Stand des Zählers ZRZ um Eins. Demgegenüber erniedrigen die vom Hoinzidenzglied
KG2 auf einen Eingang ER geschalteten Taktimpulse den Zählerstand jeweils um Eins.
erden dem Eingang EV Taktimpulse zugeführt und erreicht der Stand des Zählers ZRZ
einen vorgegebenen Grenzwert, z. B. die Zählkapazität, so gibt der Zähler ZRZ an
einem Ausgang UV einen Ubertragimpuls ab. An einem zweiten Ausgang UR erscheint
ein Ubertragimpuls, wenn dem Eingang ER Impulse zugeführt sind und ein zweiter vorgegebener
Grenzwert erreicht wird. Die Ausgänge W und UR sind mit Eingängen der Koinzidenzglieder
KG1 und KG2 verbunden, so daß beim Auftreten eines Ubertragimpulses das zugehörige
Koinzidenzglied gesperrt wird. Der Zähler ZRZ bleibt daher bei den vorgegebenen
Werten stehen.
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An die Ausgänge W und UR sind die beiden Eingänge 1, 2 einer bistabilen
Kippstufe BK1 angeschlossen. Diese wird daher bei Auftreten eines Ubertragimpulses
umgeschaltet. Auf einen Ausgang Al des Filters gibt sie das gefilterte, dem Eingang
E zugeführte Signal.
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Zur Beschreibung der Funktion der Anordnung nach Figur 1 wird von
einem Zustand ausgegangen, bei dem dem Eingang E "1"Signal zugeführt wird und am
Ausgang Al "1"-Signal liegt. Das Ubertragsignal am Ausgang W des Zweirichtungszählers
ZRZ ist log. "O", am Ausgang UR liegt "1"-Signal. Damit sind beide Koinzidenzglieder
KG1 und KG2 gesperrt; das Koinzidenzglied KG1 wegen des Ubertragsignals vom Ausgang
UV, das Koinzidenzglied KG2 wegen des Eingangssignals, das log. i ist. Wird das
Eingangssignal "O", schaltet das Koinzidenzglied KG2 die Taktimpulse auf den Eingang
ER durch und der Stand des Zählers ZRZ wird erniedrigt. Damit wird das Signal am
Ausgang W log. "1"; dennoch bleibt das Koinzidenzglied KG1 gesperrt, da nun das
Eingangssignal "O" ist.
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Nach Erreichen des unteren vorgegebenen Zählerstandes wird das Signal
am Ausgang UR "O", das Koinzidenzglied KG2 wird gesperrt, die bistabile Kippstufe
BK1 wird umgeschaltet und am Ausgang Al erscheint ebenfalls "O"-Signal. Wechselt
das Eingangssignal von
"C" nach "1", schaltet das Koinzidenzglied
KG1 die Taktimpulse auf den Eingang EV durch, bis am Ausgang UV der Ubertragimpuls
erscheint, so daß das Signal am Ausgang Ai log. 1 wird. Das dem Eingang E zugeführte
Signal wird'daher stets auf den Ausgang Al mit einer Verzögerung geschaltet, die
gleich der Verzögerungszeit des Zählers ZRZ ist. Diese Zeit ist gegeben durch das
Produkt der Periodendauer der Taktimpulse T mit der Differenz der Grenzzählerstände.
Tritt ein Störimpuls auf, der kürzer ist als diese Verzögerungszeit, so wird zwar
eines der beiden Koinzidenzglieder KG1, KG2 freigegeben und der Stand des Zählers
ZZ wird verändert. Nach Beendigung des Störimpulses wird jedoch die Zählrichtung
umgekehrt, und der Zähler läuft in die Ausgangsstellung zurück. Es kann somit auch
eine Vielzahl von kurzen Störimpulsen keine Änderung des Eingangssignals vortäuschen,
solange der zeitliche Mittelwert der Puls-Pausen-Dauer der Störimpulse kleiner als
0,5 ist.
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Es wurde oben beschrieben, daß die Verzögerungszeit, nach der sich
das Ausgangssignal auf eine Änderung des Eingangssignals ändert, gleich der Verzögerungszeit
des Zählers ZRZ ist. Dies trifft nur für den Fall zu, daß nach einer Änderung des
Eingang signals während der Durchlaufzeit des Zählers kein Störsignal auftritt.
ist aber ein Störsignal vorhanden, so kehrt während dessen Dauer der Zähler ZRZ
seine Zählrichtung um und setzt danach den Zählvorgang fort, so daß die Verzögerungszeit
für das Eingangssignal um die doppelte Dauer des Störimpulses verlängert ist. Die
dadurch entstehenden Signalverzerrungen können mit der Anordnung nach Figur 2 vermieden
werden.
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In Figur 2 sind wieder mit E und T die Eingänge bezeichnet, denen
das Eingangssignal und die Taktimpulse zugeführt sind. Die Anordnung nach Figur
2 enthält dieselben Bauelemente, wie die Anordnung nach Figur 1, also zwei Koinzidenzglieder
KG1 und Ka2, einen Zweirichtungszähler ZRZ und eine bistabile Kippstufe BK1, von
der aber im Gegensatz zur Anordnung nach Figur 1 nicht das Ausgangssignal abgenommen
wird, sondern der ein Antivalenzglied AV nachgeschaltet ist, welches das Ausgangssignal
der bistabilen Kippstufe BK1 mit dem dem Eingang E zugeführten Signal vergleicht.
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Im stationären Zustand der Anordnung besteht am Eingang E und am
Ausgang
der bistabilen Kippstufe BK1 der gleiche Signalzustand, so daß das Antivaienzglied
AV Signal abgibt. Bei einer Änderung des Wingangssignals ist die Antivalenzbedingung
erfüllt und das Antivalenzglied AV führt einem Eingang 3 einer zweiten bistabilen
Kippstufe BK2 Signal zu, so daß diese in einen Schaltzustand versetzt wird, bei
dem an einem Ausgang 5 "O"-Signal erscheint. Dieses gelangt auf einen Eingang 6
eines dritten Koinzidenzgliedes KG3, dessen zweitem Eingang 7 die Taktimpulse zugeführt
sind. Diese gelangen daher auf den Eingang eines Zählers Z, der bei Erreichen seiner
Zählkapazität einen Ubertragimpuls einerseits auf einen Eingang 4 der bistabilen
Kippstufe BK2 gibt und diese damit zurücksetzt und andererseits eine bistabile Kippstufe
BK3 ansteuert. Der Vorbereitungseingang dieser Kippstufe BK3 liegt an einem Ausgang
0D des Zweirichtungszählers ZRZ, an dem eine Signaländerung auftritt, bevor der
Zähler ZRZ die vorgegebenen Grenzwerte erreicht. Sind z. B. die vorgegebenen Werte
0 und 15, so wird der Ausgang OD zweckmäßig so gewählt, daß bei den Zählwerten 0
bis 7 der eine binäre Signalzustand, im Ausführungsbeispiel log. "O", und bei den
Zählwerten 8 bis 15 der andere Signalzustand, im Ausführungsbeispiel log. "1", auftritt.
Der Signalzustand, der im Augenblick des ,Auf tretens des 0;bertragimpulses des
Zählers Z vorhanden ist, wird in die bistabile Kippstufe BK3 übernommen und von
dieser über einen Ausgang t2 abgegeben. Der Rücksetzeingang R des Zählers Z ist
an den Ausgang eines NAND-Gliedes N angeschlossen, das die Ubertragimpulse nach
einer ODER-Funktion verknüpft.
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Es ist ersichtlich, daß die Zeitdauer von einem Wechsel des Eingangssignals
bis zum dadurch verursachten Wechsel des Signals am Ausgang A2 nicht mehr von der
Verzögerungszeit des Zählers ZRZ, sondern von der Verzögerungszeit des Zählers Z
abhängt. Dieser zählt stets in derselben Richtung, unabhängig davon, ob während
des Zählvorgangs ein Störimpuls auftritt oder nicht. Damit ist die Verzögerung für
alle Taktimpulse dieselbe. Im allgemeinen wird man die Zählkapazität des Zählers
Z etwas kleiner als die des Zählers ZRZ wählen.
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Der Zähler Z wird auch bei Auftreten von Störimpulsen gestartet.
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Diese führen aber nicht zu einer Änderung des Signals am Aus-
gang
A2, da kurze Störimpulse mit einem mittleren Puls-Pausen-Verhältnis von weniger
als 0,5 keine Änderung des Signals am Ausgang OD des Zweirichtungszählers ZRZ zur
Folge haben und daher auch die bistabile Kippstufe BK3 ihren Schaltzustand beibehält.
Außerdem wird der Zähler Z jedesmal dann, wenn der Zweirichtungszähler ZRZ nach
einem Störimpuls in die Anfangsstellung zurückläuft, mit den Ubertragimpulsen, die
über ein NAND-Glied auf den Rücksetzeingang R des Zählers Z gelangen, zurückgesetzt.
Das NAND-Glied N hat dabei eine ODER-Funktion.
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Die Erfindung wurde anhand von Beispielen beschrieben, die im Rahmen
der Erfindung modifiziert werden können. Z. B. ist es nicht erforderlich, daß das
Eingangssignal einen elektronischen Umschalter für die Taktsignale steuert, sondern
es ist auch möglich, mit dem Eingangssignal unmittelbar die Zählrichtung des Zweirichtungszählers
ZRZ zu steuern. Ferner können die Signalzustände anders gewählt werden, so daß z.
B. für das Koinzidenzglied KG1 kein NAND-Glied, sondern ein UND-Glied oder ein NOR-Glied
und für das Koinzidenzglied K2 ein entsprechendes Logikglied eingesetzt werden muß.
Auch wird dann anstelle des Antivalenzgliedes AV gegebenenfalls ein UND-Glied verwendet
werden können.
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