AT375506B

AT375506B - Eingangsschaltung

Info

Publication number: AT375506B
Application number: AT542579A
Authority: AT
Inventors: Franz Dipl Ing Fuerlinger; Walter Ing Raab; Josef Dr Cerny
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1979-08-09
Publication date: 1984-08-10
Also published as: ATA542579A

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung zur Aufbereitung von niederfrequenten Signalspannungen durch Frequenz- und Amplitudenbegrenzung für die Zuführung zur Modulationseinrichtung eines impulsdauermodulierten Mehrkanalsystems, insbesondere für eine über Licht- oder Infrarotstrahlung erfolgende Zeitmultiplex-Signalübertragung, mit Betriebszustandsanzeige für normale und dynamik-korrigierte Aussteuerung, wobei die Eingangsschaltung von einem Tieftonkanal ausgespeist wird und eingangsseitig über einen Spannungsteiler aus einem Widerstand und der gegen Masse geschalteten Hauptstrecke eines Feldeffekttransistors die Signalspannungen über dessen Teilerabgriff einem Verstärker und weiter einer aktiven Tiefpasseinrichtung, die den modulationseinrichtungsseitigen Kanalausgang bildet, zugeführt werden,

wobei vom Ausgang der Tiefpasseinrichtung über einen Regelkreis eine in einer mit einem Gleichrichter versehenen Auswerteschaltung erzeugte Regelgleichspannung an die Steuerelektrode (gate) des Feldeffekttransistors geführt wird.

Zeitmultiplexsysteme sind sehr empfindlich gegen Übersteuerung. Es bedarf daher besonderer Einrichtungen zur Aufbereitung der niederfrequenten Signalspannungen. Zur Verbesserung der Sprach- und Silbenverständlichkeit müssen z. B. bei Simultan-Dolmetschanlagen zusätzliche Massnahmen getroffen werden.

In der DE-OS 2825032 wird ein Niederfrequenz-Übertragungssystem beschrieben, bei dem für die Eingangsverstärker eine nicht näher deklarierte Amplituden- und Frequenzbegrenzung angeführt ist, wobei zusätzliche Massnahmen zur Verbesserung der Sprach- und Silbenverständlichkeit hier bei der Problemstellung und Lösung nicht Eingang gefunden haben.

In der DE-OS 2231647 wird eine Verstärkeranordnung für Tonfrequenz, vorzugsweise für hochwertige Musikübertragung, beschrieben, bei der zur Übertragung der bei leiser Wiedergabe in der Ohrenempfindlichkeit nach Fletcher-Munson benachteiligten Frequenzbänder, vorzugsweise der tiefen Frequenzen, mit angehobenem und/oder vom übrigen Frequenzband getrennt einstellbarem Pegel mindestens ein eigener, abzweigender Kanal mit einer nur für das betreffende Frequenzband durchlässigen Filteranordnung vorgesehen ist, wobei der bzw. die abzweigenden Kanäle je eine und auch jeweils nur in ihrem eigenen Bereich wirkende Dynamik-Regelung besitzen, und wobei zusätzlich Resonanzfilter Anwendung finden.

Eine hochwertige Musikübertragung wie hier und ein Sprachband mit guter Silbenverständlichkeit bei systembedingter Bandbeschränkung bedürfen weit unterschiedlicher Kriterien und Lösungen. Hier wird nur eine gehörrichtige Lautstärkeeinstellung im Sinne einer Unterhaltungselektronik angestrebt, wogegen bei einer Sprachwiedergabe (mit Kopfhörern im allgemeinen) Raumprobleme wegfallen. Hier erfolgt nur im Tieftonkanal ein Schutz vor Übersteuerung. Hier ist zudem die Verwendung von Resonanzfiltern vorgesehen. Die durchgeführte Beeinflussung des Frequenzganges erfolgt hier ausserhalb des Tieftonkanals und ist im ganzen Übertragungsbereich wirksam.

In der FR-PS Nr. 7. 300. 910 wird eine Schaltung zur automatischen Regelung der Verstärkung zum Ausgleich von empfangenen Signalspannungsschwankungen beschrieben, wobei bei kurzer Schwankungsdauer ein schneller Ausgleich erfolgt. Zwei Kondensatorladeschaltungen mit unterschiedlicher Zeitkonstante werden zur Abgabe eines Steuersignals in Zusammenhang mit der Veränderung des empfangenen Signals veranlasst, wobei am Signaleingang durch einen steuerbaren variablen Widerstand der Ausgleich der Signalspannungsschwankungen erfolgt. Das Regelglied ist hier an einen Transistor angeschlossen, was grosse Nichtlinearitäten bringt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die angeführten Nachteile auszuschalten und eine aufbereitete niederfrequente Signalspannung für ein impulsdauermoduliertes Mehrkanalsystem
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sicht zu nehmen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als Verstärker ein Operationsverstärker dient, zwischen dessen Ausgang und nicht invertierenden Eingang ein Gegenkopplungsnetzwerk aus drei Parallelzweigen geschaltet ist, deren erster Zweig zur Erzeugung einer mit der Frequenz linearen Verstärkung aus einem Widerstand besteht, deren zweiter Zweig zur Erzeugung einer mit der Frequenz steigenden Verstärkung ab einer unteren Grenzfrequenz aus einem Spannungsteiler, dessen Teileranschluss über einen Kondensator an Bezugspotential liegt, besteht, und deren dritter Zweig zur Erzeugung einer mit der Frequenz fallenden Verstärkung ab einer oberen Grenzfrequenz aus einer Serienschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators besteht, wobei als

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Vorteilhaft ist hier, dass die Anzeige der Aussteuerung bereits bei geringem Pegel, also z. B. bei leisem Sprechen, erfolgt und die Anzeige für dynamik-korrigierte Aussteuerung bei geringfügiger Nennpegelüberschreitung erfolgt, wobei zudem für erstere Anzeige eine grüne und für letztere eine rote Leuchtdiode vorgesehen ist, so dass auch regiemässig bereits Korrekturen vorgenommen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Eingangsschaltung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Auswerteschaltung samt Anzeigeschaltungen.

In Fig. l ist blockschaltbildmässig ein Beispiel der erfindungsgemässen Eingangsschaltung dargestellt. Die niederfrequenten Signalspannungen werden zur frequenz-und spannungsmässigen Aufbereitung für eine mehrkanalige, impulsdauermodulierte Zeitmultiplex-Signalübertragung einem Eingang-E-- zugeführt. Über einen herkömmlichen Eingang aus Kondensator-C-und gegen Masse geschalteten Potentiometer --R1-- gelangen die Signalspannungen vom Potentiometerabgriff über zwei Vorwiderstände-R2, R3-- an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstär- kers-V-, wobei zwischen den beiden Widerständen-R2,

R3-- gegen Masse zu angeschlossen die Elektroden eines Feldeffekttransistors --FT-- liegen und der invertierende Eingang des Opera- tionsverstärkers-V-über einen Widerstand --R4-- gegen Masse geschaltet ist. Zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers-V-- und dessen nichtinvertierenden Eingang ist ein Gegenkopplungsnetzwerk --G-- geschaltet, bestehend aus drei parallelgeschalteten Zweigen, deren erster
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--RG1 für1 kHz und deren dritter, dem zweiten entgegenwirkend, aus einer Serienschaltung aus einem Widerstand --RG4-- und einem Kondensator--C Gr-für eine Dämpfung der hohen Frequenzen ab etwa 4 kHz sorgt, wobei der erste Zweig mit dem zweiten zusammen fassbar ist.

Vom Ausgang des Operationsver- stärkers-V-- wird die Signalspannung über ein aktives Tiefpassfilter --TP--, beispielsweise ein Tschebyscheff-Filter 6. Ordnung, dem Ausgang --A-- und einer Auswerteschaltung --AW-zur Erzeugung einer Regelspannung zugeführt, wobei die Regelspannung der Steuerung des Feldeffekttransistors dient. An die Auswerteschaltung ist eingangs- und ausgangsseitig je eine transistorisierte Anzeigeschaltung --AS1, AS2-- angeschlossen die über eine grüne bzw. rote Leucht- diode-DL1, DL2-die Aussteuerung bzw. die dynamik-korrigierte Aussteuerung anzeigt.

In der vorliegenden Schaltung wird die niederfrequente Signalspannung auf eine Bandbreite von 4 kHz begrenzt, wie dies für eine gute Sprachübertragung ausreichend ist. Für eine bessere Übertragungsqualität ist allenfalls ein auf 8 kHz umschaltbares Tiefpassfilter --TP-- vorzusehen, wobei die Abtasthäufigkeit entsprechend zu erhöhen ist. Durch die Verstärkung der höheren Frequenzen im Gegenkopplungsnetzwerk-G--ist der Verstärkungsverlauf bis etwa 1 kHz eben, darüber hinaus ansteigend und bei 4 kHz steil abfallend, wobei ein Pegelunterschied zwischen 1 und 4 kHz von etwa 12 dB vorgesehen ist. Durch das Zusammenspiel von Gegenkopplung und Tiefpass ist eine sehr gut Frequenzabgrenzung bei 4 kHz gegeben. Die entsprechende empfängerseitige Dämpfung verbessert bei hohen Kanalfrequenzen das Signal-Rauschverhältnis.

In Fig. 2 ist in Ergänzung zu Fig. 1 ein Beispiel für eine erfindungsgemässe Auswerteschaltung --AW-- samt den Anzeigeschaltungen --AS1, AS2-- dargestellt, wobei die Anschlussstellen in Übereinstimmung mit Fig. l und deren Positionsbezeichnungen angedeutet sind.

Die ausgangsseitige Signalspannung wird in der Auswerteschaltung-AW-über einen Vorwiderstand --R4--, einen Koppelkondensator --G2-- einer Spitzenwertgleichrichterschaltung, bestehend aus einer gegen Masse geschalteten Diode --D1-- und einer gegensinnig gepolten Diode --D2-- zugeführt. Über die Diode --D2-- und einen Stellwiderstand --R5-- wird die Basis eines Entlade-Schalttransistors - gesteuert, wobei dessen Emitter gegen Masse geschaltet ist und als Basis-Emitterwiderstand eine Kombination aus einem Widerstand --R6-- und einem Heissleiter --R7-- zur Erreichung der Temperaturunabhängigkeit der Transistoransprechschwelle dient, und wobei ein das Überschwingen verhindernden Gegenkopplungswiderstand --R8-- zwischen Basis und Kollektor geschaltet ist.

Ein gegen Masse geschalteter Speicherkondensator --C3-- ist an die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors --FT-- angeschlossen und wird über eine Widerstandsserienschaltung aus drei

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und über die Emitter-Kollektorstrecke eine Entladung des Speicherkondensators --C3-- erfolgt.

In der Auswerteschaltung-AW--wird eine Regelspannung zur Steuerung des Feldeffekt-
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leitend und die Eingangssignalspannung wird abgeschwächt. Mit Rückgang des Pegels am Ausgang wird die Regelspannung mit grosser Zeitkonstante (400 ms) kleiner. Im vorgesehenen Beispiel steigt
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nur mehr um 0, 5 dB gegenüber der Ausgangsspannung bei Nennpegel ; aus physiologischen Gründen ist dies wichtig. Vorteilhaft ist auch, dass durch die Verringerung der Dynamik die mittlere Laut- stärke der niederfrequenten Signalspannung einen grösseren Signal-Rauschabstand gewinnt.

Ein- und ausgangsseitig sind an die Auswerteschaltung --AW-- je ein zweistufiger, gleich- stromgekoppelter Transistorschaltverstärker angeschlossen ; eingangsseitig ist die Basis des Transistors --T2-- der ersten Stufe über einen Kondensator --C4-- und einen Vorwiderstand --R14-- angeschlossen und der Emitter gegen Masse geschaltet, wobei zwischen Emitter und Basis eine Diode --D4-- liegt.

Der Kollektor des Transistors --T2-- der ersten Stufe ist über einen Widerstand --R15-- an die Basis des Transistors --T3-- der zweiten Stufe angeschlossen, wobei der Emitter an die positive Batteriespannung (+12V) angeschlossen ist und zwischen Emitter und Basis ein Widerstand --R16-- geschaltet ist, und wobei der Kollektor über einen Vorwiderstand --R17-- und eine grüne Leuchtdiode --DL1-- an Masse geschaltet ist ;

ausgangsseitig ist eine ähnliche Schaltung vorgesehen, wobei an Stelle der positiven Batteriespannung Masse und an Stelle von Masse negative Batteriespannung (-12V) über den Widerstand-Rll-an die Basis des Transistors --T2'-- geschaltet ist und die Basis über die beiden Widerstände --RIO, R9-- an den Speicherkondensator --C3-- angeschlossen ist, wobei über die drei Widerstände--R11, RIO, R9- auch die Kondensatorladung erfolgt. Die weiteren Schaltelemente sind analog der eingangsseitigen Anzeigeschaltung --AS1-- geschaltet und entsprechend mit 1 bezeichnet. Die Leuchtdiode --DL2-in der Anzeigeschaltung --AS2-- ist rot. Bereits geringe Pegel (20 dB unter Nennpegel z. B. bei leisem Sprechen) bringen die grüne Leuchtdiode --DL1-- zum Aufleuchten und es wird die Aussteuerung angezeigt.

Mit Einsetzen der Abregelung bei Überschreiten des Nennpegels kommt die rote Leuchtdiode --DL2-- durch den steilen Übergang sehr schnell zum Aufleuchten und es wird die Dynamik-Begrenzung signalisiert.

Die Zeitmultiplex-Signalübertragung ist sehr empfindlich gegen Übersteuerung. Zudem ist eine Frequenzbegrenzung erforderlich, wobei die aufbereiteten Signale nur mit Frequenzen behaftet sind, die kleiner als die halbe Abtastfrequenz des Zeitmultiplex-Systems sind. Als Vorteil erweist sich hier, dass im Sprechsignal die niederen Frequenzen mit höherem Pegel als die höheren Frequenzen auftreten. Durch die erfindungsgemässe Eingangsschaltung erfolgt eine Signalaufbereitung, die in vorteilhafter Weise eine mehrkanalige Zeitmultiplex-Signalübertragung gewährleistet, wobei jedem Kanal eine erfindungsgemässe Einrichtung zuzuordnen ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Eingangsschaltung zur Aufbereitung von niederfrequenten Signalspannungen durch Frequenz- und Amplitudenbegrenzung für die Zuführung zur Modulationseinrichtung eines impulsdauermodulierten Mehrkanalsystems, insbesondere für eine über Licht- oder Infrarotstrahlung erfolgende Zeitmultiplex-Signalübertragung, mit Betriebszustandsanzeige für normale und dynamikkorrigierte Aussteuerung, wobei die Eingangsschaltung von einem Tieftonkanal aus gespeist wird und eingangsseitig über einen Spannungsteiler aus einem Widerstand und der gegen Masse geschalteten Hauptstrecke eines Feldeffekttransistors die Signalspannungen über dessen Teilerabgriff einem <Desc/Clms Page number 5> Verstärker und weiter einer aktiven Tiefpasseinrichtung, die den modulationseinrichtungsseitigen Kanalausgang bildet, zugeführt werden,

wobei vom Ausgang der Tiefpasseinrichtung über einen Regelkreis eine in einer mit einem Gleichrichter versehenen Auswerteschaltung erzeugte Regelgleichspannung an die Steuereleketorde (gate) des Feldeffekttransistors geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärker ein Operationsverstärker (V) dient, zwischen dessen Ausgang und nicht invertierenden Eingang ein Gegenkopplungsnetzwerk (G) aus drei Parallelzweigen geschaltet ist, deren erster Zweig zur Erzeugung einer mit der Frequenz linearen Verstärkung aus einem Widerstand (RG1) besteht, deren zweiter Zweig zur Erzeugung einer mit der Frequenz steigenden Verstärkung ab einer unteren Grenzfrequenz aus einem Spannungsteiler (RG2, RG3), dessen Teileranschluss über einen Kondensator (CG1) an Bezugspotential (Masse) liegt, besteht,

und deren dritter Zweig zur Erzeugung einer mit der Frequenz fallenden Verstärkung ab einer oberen Grenzfrequenz aus einer Serienschaltung eines Widerstandes (RG4) und eines Kondensators (CG2) besteht, wobei als obere Grenzfrequenz etwa die Hälfte und als untere Grenzfrequenz etwa ein Viertel der halben Abtastfrequenz des Zeitmultiplex-Systems vorgesehen ist, und wobei der nichtinvertierende Eingang (-) des Operationsverstärkers (V) über einen Widerstand (R3) an den eingangsseitigen Spannungsteiler und der invertierende Eingang (+) über einen weiteren Widerstand (R4) gegen Bezugspotential (Masse) geschaltet ist, dass die an den Verstärker (V) angeschlossene aktive Tiefpasseinrichtung (TP) als Tschebyscheff-Filter der 6.

Ordnung ausgebildet ist, wobei als Grenzfrequenz etwa die halbe Abtastfrequenz des Zeitmultiplex-Systems dient, dass die im Regelkreis in der Auswerteschaltung (AW) erzeugte Regelgleichspannung mit kurzer Ansprechzeit ansteigt, und dass ein-und ausgangsseitig von der Auswerteschaltung (AW) je eine Anzeigeschaltung (AS1, AS2) mit angeschalteter Leuchtdiode (DL1, DL2) angeschlossen ist, wobei die eingangsseitige Leuchtdiode (DL1) als Indikator für die Aussteuerung und die ausgangsseitige Leuchtdiode (DL2) als Indikator für durch Dynamik-Kompression korrigierte Aussteuerung dient.

2. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ladungssteuerung des Feldeffekttransistors (FT) in der Auswerteschaltung (AW) ein gegen Bezugspotential geschalteter Speicherkondensator (C3) dient, dessen Aufladung langsam über einen Ladewiderstand (R9, RIO, Rll) gegen negatives Potential erfolgt, wobei zur Spannungsbegrenzung dem Speicherkondensator (C3) allenfalls ein Überbrückungswiderstand (R12) zugeschaltet ist, und dessen Entladung schnell über eine den Ladewiderstand (R9) überbrückende Gleichrichter-Entladewiderstand-Serienschaltung (D3, R13), die im weiteren über die Kollektor-Emitterstrecke eines basisgesteuerten Entlade-Schalttransistors (Tl) gegen Bezugspotential schaltbar ist, erfolgt, wobei in die Basis-Kollek- torstrecke ein einstellbarer,

das Überschwingen verhindernder Gegenkopplungswiderstand (R8) eingeschaltet ist, und wobei die Basis über einen Widerstand (R6) bzw. zur Erreichung der Temperaturunabhängigkeit der Ansprechschwelle des Entlade-Schalttransistors (Tl) über eine Widerstands-Heissleiter-Serienschaltung (R6, R7) an Bezugspotential liegt, und dass die Basissteuerung des Entlade-Schalttransistors (Tl) vom Filterausgang der aktiven Tiefpasseinrichtung (TP) über einen Vorwiderstand (R4), über einen Koppelkondensator (C2) und weiters über eine Spitzenwert- -Gleichrichterschaltung (D1, D2) erfolgt.

3. Eingangsschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeschaltungen (AS1, AS2) zweistufige gleichstromgekoppelte Transistorschaltverstärker (T2, T3 bzw.

T2', T3') enthalten, wobei jeweils die Basis der Vorstufe (T2, T2') über den Teilerabgriff eines Spannungsteilers (D4, R14 bzw. Rll, RIO) steuerbar ist und die Emitter-Kollektor-Schaltstrecke der Endstufe (T3, T3') über einen Vorwiderstand (R17, R17') eine Leuchtdiode (DL1, DL2) schaltet, und dass die Basis der Vorstufe der Anzeigeschaltung für die Anzeige der Aussteuerung (AS1) über einen als Gleichrichter (D4) ausgebildeten Teilerwiderstand des Spannungsteilers (R14, D4) an Masse und der zweite Teilerwiderstand (R14) über einen Blockkondensator (C4) an den Filterausgang der aktiven Tiefpasseinrichtung (TP) angeschlossen ist, sowie dass die Basis der Vorstufe der Anzeigeschaltung für die Anzeige der dynamik-korrigierten Aussteuerung über einen Teilwiderstand (Rll)

des Spannungsteilers (RIO, Rll) an negatives Potential (-12V) geschaltet ist, wobei der Spannungsteiler (RIO, Rll) einen widerstandsmässig vernachlässigbaren Teil des Ladewiderstandes (R9, RIO, Rll) bildet.