DD156655A1 - Schaltungsanordnung zur selbsttaetigen einstellung optimaler signalamplituden an frequenzfiltern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur selbsttaetigen Einstellung optimaler Signalamplituden an Frequenzfiltern und faellt in das Gebiet der elektronischen Messtechnik unter Verwendg. von Frequenzfiltern.Das Ziel der Erfdg. ist es,die Gefahr der Uebersteuerung der Frequenzfilter zu verringern o. zu vermeiden.In Messketten,fuer die nur ein geringer Amplitudenumfang der Anzeige o. der Ausgabe in Betracht kommt,soll eine Einknopfbedienung u. eine zahlenrichtige Signalabbildung oder -anzeige realisiert werden.Das Wesen der Erfindung besteht darin,dass sich im Signalweg des Nutzsignals ein analoger Frequenzfilter befindet, dem ein steuerbarer Abschwaecher vorgeschaltet und eine steuerbare Teilerstufe nachgeordnet sind, wobei beide unterschiedliche Steuersignale aus einer Steuerschaltung erhalten. Diese wird durch eine Komparatorstufe angesteuert, die das Nutzsignal am Ausgang des steuerbaren Abschwaechers mit zwei Bezugspegeln vergleicht. Eine Variante basiert auf einem Digitalfilter. Moegliche Anwendungsgebiete der Erfindung stellen Messketten des Ton-, Infra- und Ultraschallgebietes sowie Messaufgaben der Schwingungstechnik dar.

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Einstellung optimaler Signalamplituden an Frequenzfiltern

Die Erfindung betrifft Schaltungen der elektronischen Meßtechnik, die den Einsatz von Frequenzfiltern erfordern. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet stellen Meßketten des Tonfrequenzbereiches sowie die sich daran anschließenden Bereiche des Infra- und des Ultraschallgebietes für Meßaufgaben der Regelungs** und Schwingungsmeßtechnik, der akustischen Meßtechnik und sonstiger Meßaufgaben im Mederfrequenzgebiet dar«

Charakteristik bekannter technischer^ Lösungen

Es ist bekannt, Meßsignale hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung ihrer Amplitude so auszuwerten, daß man Amplitudenmessungen entweder nur in einem absichtlich eingeschränkten Frequenzbereich zwecks Signalextraktion oder der Verbesserung des Störabstandes durchführt oder daß nach Zerlegung des Signals in einzelne Frequenzbänder eine Amplituden«~Frequenz~Charakteristik des Meßsignals aufgenommen wird.

Im allgemeinen wird die spektrale Zusammensetzung des Signals vor der Messung nicht bekannt sein und vor allem auch unterschiedliche Amplituden in den einzelnen Spektralbereichen lie»» fern«, Deshalb müssen das Frequenzfilter, das auch aus mehreren parallelgeschalteten Filtern für unterschiedliche Frequenzbereiche oder als Filter mit umschaltbarer Frequenzcharakteristik aufgebaut sein kann, und die nachfolgende Anzeigeeinrichtung unterschiedlich hohe Amplituden verarbeiten Zusätzlich kann das Meßsignal bereits vor dem Frequenzfilter zeitlichen

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Veränderungen der Amplitude unterworfen sein oder nach Umschaltung auf andere Meßstellen andere Amplitudenwerte aufweisen·

Aus den genannten Gründen sollen das Frequenzfilter und die nachfolgende Anzeigeeinrichtung möglichst große Amplitudenbereiche verarbeiten können. Die obere Grenze des Amplitudenbereiches wird in analogen Schaltungen durch einsetzende Hichtlinearitäten infolge Übersteuerung von Bauelementen erreicht. Die untere Grenze des Amplitudenbereiches ergibt sich aus unvermeidlichen Störsignalen elektronischer Bauelemente.

In digitalen:Signaldarstellungen wird der Amplitudenbereich durch den Begriff der "Wortbreite" charakterisiert. Die endliche Wortbreite digitaler Signalabbildungen folgt unmittelbar aus der Amplitudenquantisierung und bewirkt, daß kleinere Signalamplituden ein relativ grobes, digitales Abbild mit erheblichem Rundungsfehler ergeben. Bei kleineren Signalamplituden steigt also der relative Amplitudenfehler. Wegen der notwendigen Signalrückführungen innerhalb digitaler Filterschaltungen entstehen zusätzliche Fehler der Filterkurve und des Ausschvvingverhaltens. Ein bekanntes, besonders fehlerhaftes Ausschwingen stellen die sogenannten "Grenzzyklen" dar, zu deren Einebnung schaltungstechnische Mittel bereits in der DE-OS 25 37 050 angegeben werden, die allerdings den Rauschabstand des Signals verschlechtern.

Zur Vermeidung der aufgeführten Nachteile macht es sich sowohl notwendig, eine Amplitudeneinstellung des Meßsignals vor dem Frequenzfilter - möglichst dicht unter der oberen zulässigen Grenze - vorzunehmen, als auch bei der Dimensionierung eines Frequenzfilters auf einen möglichst großen, verarbeitbaren Amplitudenumfang zu achten.

In praktisch realisierten Meßeinrichtungen erfolgt die optimale Amplitudeneinstellung manuell unter Beobachtung der angeschlossenen Anzeigevorrichtung. Der Amplitudenumfang gegenwärtig realisierbarer Frequenzfilter erreicht Werte zwischen 40 und 80 dB und genügt nicht in federn Fall den Ansprüchen der Praxis.

Eine ins einzelne gehende Untersuchung des gegenwärtigen technischen Standes läßt zwei unterschiedliche Grundlösungen von

Meßketten mit Frequenzfiltern erkennen:

Als typische Vertreter für einfache, analoge Meßketten mit geringem Amplitudenbereich der Anzeige hinter dem Filter sind beispielsweise Handschallpegelmesser anzusehen« Hier werden zwei manuell bedienbare Meßbereichsumschalter vorgesehen, von denen der erste vor und der zweite hinter dem Frequenzfilter angeordnet werden· Mit dem ersten Meßbereichsumschalter wird zunächst ein optimaler Amplitudenbereich, vor dem Filter eingestellte Danach wird mit dem zweiten Meßbereichsumschalter das Filterausgangssignal auf eine solche Größe gebracht, daß die Anzeigeeinrichtung abgelesen werden kann. Üblicherweise beträgt der Amplitudenumfang der Anzeigeeinrichtung 15··»20 dB,

---' Ein spezieller Mangel dieser ersten Meßkette ist die Notwendigkeit der ständigen, manuellen Einstellung der Meßbereiche bei geänderter Meßsituation wie Meßstellenumschaltung,. Änderung der Filtercharakteristik und Änderung der Größe des Eingangssignals· Damit ist eine derartige Meßkette für automatisch gesteuerte Meßplätze kaum nutzbar« Weitere Mangel stellen die relativ hohe Wahrscheinlichkeit der Fehlbedienung infolge der Kompliziertheit der Amplitudeneinstellung und die zu fordernde Ablesbarkeit des eingestellten Meßbereiches, die eine Verknüpfung der beiden unabhängigen Meßbereichsschalter bedeutet und deshalb entweder zusätzliche Überlegungen des Bedienenden oder eine mechanische Meßbereichsanzeige über Getriebeeinrichtungen von beiden Schaltern aus verlangt, dar.

Aufwendigere Meßketten mit einschaltbarem Frequenzfilter zeichnen sich durch einen wesentlich erweiterten, ohne Umschaltung erfaßbaren Anzeige*» oder Ausgabebereich aus. Dieser liegt häufig in der Größenordnung der Aussteuerbarkeit des Frequenzfilters. Typische Geräte dieser Art stellen Echtzeit-Terz» und FFT-Analysatoren dar. Sowohl bei analogen als auch bei digitalen Geräten wird die Aussteuerung des Frequenzfilters manuell optimiert durch zweckmäßige Einstellung des Meßbereiches an einem einzigen, vor dem Frequenzfilter befindlichen Schalter« Eine Verstärkung des Meßsignals hinter dem Filter ist wegen des größeren Amplitudenumfanges der Anzeigeeinrichtung nicht erforderlich«

Die Mangel dieser Gerätegruppe beschränken sich auf die nicht optimale Aussteuerung des.Frequenzfilters, bei Änderung der

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Signalamplitude, entweder bedingt durch Umschaltung der Meßstelle, die das Meßsignal liefert, oder durch Änderung der Amplitude der Signalquelle· Diese Mangel wiegen schv/erer als bei der zuerst erwähnten Gerätegruppe, da bei den letztgenannten Geräten häufig ein automatisierter Betrieb ohne manuelle Eingriffe über längere Zeit oder auch mit sehr schneller Meßfolge verlangt wird.

Bekannte technische Lösungen zur automatischen Verstärkungsregelung sind auf die geschilderten Meßketten mit Frequenzfiltern nicht ohne weiteres übertragbar. Eine Schaltungsanordnung zur signalabhängigeη Anpassung eines Signalgebers an einen Signalempfänger beschreibt das DD-ü£P 131 605). Es wird automatisch eine Amplitudenoptimierung durchgeführt, danach erfolgt eine Speicherung des-Meßsignals, das aus dem Speicher in geeigneter Form wieder ausgelesen wird. Der "Meßvorgang" ist auf die Speichereingabe und Speieherausgabe reduziert. T/ährend dieser Zeit wird die Amplitudeneinstellung nicht geändert. Amplitudenoptimierung und Meßvorgang finden also nur zeitlich nacheinander statt'·

Die DE-OS 23 62 063 gibt eine Optimierung von Amplituden an, bei der Filtereigenschaften wie Frequenzcharakteristik der Amplitudenkurve und Filtergüte selbsttätig verändert werden, um insgesamt ein Ausgangssignal im vorgesehenen Amplitudenbereich zu erhalten. Dieses Verfahren ist allerdings für die Meßtechnik ungeeignet.

In der DE-OS 23 62 070 wird ein Verfahren zum Ausblenden unerwünschter, kurzer Stö'rimpulse aus dem Futzsignal dargestellt. Auch mit diesem Verfahren läßt sich die beschriebene Problematik nicht lösen.

Schließlich zeigt die DE-OS 29 06 740 einen Weg zur Erhöhung der Genauigkeit von D/A- bzw. A/D-Wandlern auf, der einer einfachen Meßbereichserweiterung nach höheren Vierten hin entspricht. Dabei handelt es sich um einen Regelkreis zur Erweiterung der Aussteuerbarkeit von frequenzabhängigen Übertragungselementen eines Signalweges; die spezielle Problematik von Frequenzfiltern in Signalwegen der elektronischen Meßtechnik bleibt ebenfalls unberührt.

Ziel der Erfindung - . ·

Ziel, der Erfindung ist es, mit einem nur geringen technischökonomischen Aufwand eine selbsttätige Einstellung optimaler. Signalamplituden in Signalwegen der elektronischen Meßtechnik

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zu erreichen« In Meßketten, für die nur ein geringer Amplitudenumfang der Anzeige oder der Ausgabe in Betracht kommt, soll eine Einknopfbedienung und eine zahlenrichtige Signalabbildung realisiert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die e.ine selbsttätige Einstellung optimaler Signalamplituden an Frequenzfiltern bewirkt·" Dadurch wird auch bei großem Pegelumfang des Nutzsignals die Gefahr der Übersteuerung des Filters vermiedene Weiterhin ist sichergestellt, daß das von der Schaltungsanordnung zum Anzeigeorgan gelangende Signal eine optimale Größe besitzt und auf eine Einknopfbedienung übergegangen v/erden kann· Weitere Vorteile bestehen in der Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Bedien- und Ablesefehlern, der Realisierung einer zahlenwertrichtigen Pegelanzeige und in der Möglichkeit von Bauelernenteeinsparung»

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß erfindungsgemäß im Signalweg zwischen dem Eingang für das analoge Signal und dem Ausgang der Schaltungsanordnung nacheinander ein steuerbarer Abschwächer, ein Frequenzfilter und eine steuerbare Teilerstufe angeordnet sind und daß das Signal am Ausgang des steuerbaren Abschwächers in einer Komparatorstufe mit einem Referenzsignal verglichen wird. Die Komparatorstufe ihrerseits beeinflußt eine Steuerschaltung, von der sowohl , der ,Abschwächungsgrad des steuerbaren Abschwächers als auch der Untersetzungsfaktor der steuerbaren Teilerstufe selbsttätig gesteuert werden* Da sowohl der jeweilige Abschwächungs« grad des Abschwächers als auch der jeweilige Untersetzungsfaktor der Teilerstufe zusammen mit dem gewählten Meßbereich bei der Auswertung der Meßwertanzeige zu berücksichtigen sind, müssen definierte, umschaltbare Teilungen benutzt werden· Die Aufgabe der Steuerschaltung besteht nun darin, die Summe aus Abschwächungsgrad und Untersetzungsfaktor, beides im Pegelmaß gemessen, genau konstant zu halten. Im allgemeinen er-

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• . .. ' . .. .. ' gibt sich nach den Regeln der Kombinatorik eine Schar möglicher Zuordnungen von Abschwächungsgrad und Untersetzungsfaktor. Zur technischen Optimierung ist zusätzlich zu fordern, daß das Meßsignal im linearen Übertragungsbereich des. Filters -. liegt, daß ein möglichst großer Störabstand vorhanden ist und daß der Aufwand an Teilern gering bleibt.

Es ist möglich, anstelle der steuerbaren Teilerstufe einen Verstärker mit steuerbarer Verstärkung zu benutzen.

Einer vollständig analogen Lösung zur selbsttätigen, stufenlosen Einstellung optimaler Signalamplituden an Frequenzfiltern haften gewisse Nachteile an, deren Ursachen in folgendem zu suchen sind:

1« Bei einem Regelumfang von 50 dB dürfen für jede mögliche Kombination von Abschwächungsgrad und Untersetzungsfaktor deren Summe im gesamten Frequenzbereich nur um etwa 0,1 dB differieren. Damit sind die Grenzen der analogen Schaltungstechnik erreicht.

2. Es muß mit Einsehwingvorgängen und Schwingneigung gerechnet werden.

3. Es entsteht ein hoher Abgleichaufwand im Prüffeld.

4· Es ist keine digitale Verarbeitung möglich; für automatische Prüfverfahren ungeeignet.

Deshalb wird eine Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung ausschließlich auf einem digitalen Schaltungsprinzip vorgeschlagen. Charakteristisch hierfür sind die Eigenschaften der Anordnung, daß der Übertragungsfaktor des steuerbaren Abschwächers und der steuerbaren Teilerstufe nur in quantisierter Form geändert und die dazu erforderlichen Steuersignale der Steuerstufe in digitaler Form bereitgestellt werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, das Signal am Ausgang des analogen Frequenzfilters mittels eines Analog-Digital-Umsetzers zu digitalisieren und anschließend der steuerbaren Teilerstufe zuzuführen. Dabei v/erden der steuerbare Abschwächer und die steuerbare Teilerstufe ebenfalls aus einer Steuerschaltung angesteuert. Diese wiederum befindet sich am Ausgang einer Komparatorstufe, die vom Ausgang des

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steuerbaren Abschwächers gesteuert wird«

Eine Variante der beschriebenen Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Einstellung optimaler Signalamplitiiden an Frequenzfiltern mit digitalem Ausgangesignal ergibt sich dadurch, daß das' Ausgangssignal des steuerbaren Abschwächers sofort in einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert v/ird, um anschließend der steuerbaren Teilerstufe zugeführt zu werden* An ihrem Ausgang befindet sich ein digitales Frequenzfilter als Ersatz der bisher benutzten analogen PiIterausführung. Steuerbarer Abschwächer und steuerbare Teilerstufe werden wie bisher über die Steuerschaltung angesteuert»

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die !Comparators tufe oder die Steuerschaltung durch eine Einrichtung zur·Zeitüberwachung ergänzt werden«

Ein letztes Merkmal besteht schließlich darin, daß die Steuerschaltung zusätzlich durch einen manuell betätigten Bereichsschalter, der die Punktion des Meßbereichsschalters übernimmt, beeinflußt wird* Hierdurch tritt eine Einsparung von Bauelementen ein gegenüber einer Schaltungsvariante mit weiter vorn im Signalweg angeordneten Meßbereichsschalter·

Ausführun^sbeispiel . .

Die Erfindung soll nachstehend an je einem Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Einstellung optimaler Signalamplituden an Frequenzfiltern mit analogem und digitalem Ausgangs signal erläutert werden«,

In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

- Figur 1 die grundsätzliche-Anordnung mit analogem Ausgangssignal j

- Figur 2 ein Pegeldiagramm der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

- Figur 3 eine Anordnung mit digitalem Ausgangssignal, wobei jedoch ein analoges Frequenzfilter benutzt wird; ' .

- Figur 4 eine Anordnung mit digitalem Ausgangssignal unter Verwendung eines digitalen Frequenzfilters; und

- Figur 5 die durch einen manuellen Bereichsschalter und ggf. durch eine Einrichtung zur Zeitüberwachung

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modifizierte erfindungsgemäße Anordnung»

. in Figur 1 gelangt das analoge Eingangssignal von dem Signaleingang E zu einem steuerbaren Abschwächer Ί. An seinem Ausgang verzweigt sich der Signalweg und führt zu einem analogen Frequenzfilter 2 sowie zu einer Komparatorstufe 4.Das mit einer Referenzspannung in der Komparatorstufe 4 verglichene Signal wird einer Steuerschaltung 5 zugeführt, die ihrerseits den Abschwächungsgrad des steuerbaren Abschwächers 1 und den Untersetzungsfaktor einer am Ausgang des analogen Frequenzfilters 2 befindlichen, steuerbaren Teilerstufe 3 derart beeinflußt, daß zwischen Signaleingang E und Signalausgang A definierte, reproduzierbare und optimale Pegelverhältnisse bestehen und jegliche Gefahr der Übersteuerung des analogen Frequenzfilters 2 ausgeschlossen wird· Der Ausgang der steuerbaren Teilerstufe 3 gibt ein analoges Signal an den Signalausgang A ab,

Abschwächungsgrad und Untersetzungsfaktor von steuerbarem Abschwächer 1 und steuerbarer Teilerstufe 3 werden vorwiegend so gewählt, daß die algebraische Summe der Einzelpegel konstant bleibt. Das bedeutet, daß der Übertragungsfaktor der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung insgesamt konstant bleibt und somit die möglicherweise gewünschte Kalibrierung der gesamten Meßkette, die von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Gebrauch macht, keine Beeinflussung erfährt. Um diesen Effekt zu erreichen, liefert die. Komparatorstufe 4 ein Steuersignal an die Steuerschaltung 5» wenn der höchstzulässige Amplitudenwert des Hutzsignals am Eingang des analogen Frequenzfilters 2 überschritten wird. Dieses Steuersignal bewirkt, daß die Steuerschaltung 5 einerseits den steuerbaren Abschwächer 1 veranlaßt, eine größere Abschwächung des Ifutzsignals vorzunehmen, während gleichzeitig die steuerbare Teilerstufe 3 den Untersetzungsfaktor reduziert. Befindet sich nach diesem Schaltvorgang der Amplitudenwert des ITutzsignals immer noch in einem unzulässig hohen Niveau, dann wiederholt sich der geschilderte Steuervorgang, ansonsten verbleibt die Steuerschaltung 5 in ihrem momentanen Betriebszustand und damit ebenso der steuerbare Abschwächer 1 und die steuerbare Teilerstufe 3.

Sollte das ITutzsignal am Eingang des analogen Frequenzfilters eine zweite, v/esentlich niedrigere Amplitudenschwelle unterschreiten, gibt die Komparatorstufe 4 ein gegenläufiges Steuersignal an die Steuerschaltung 5« Als Folge tritt eine entgegen-' gesetzte Veränderung von Abschwächungsgrad und Untersetzungsfaktor ein«

Zv/ischen diesen beiden, S ehalt vorgänge auslösenden Amplituden« schvvellen sollte ein hinreichend großer Amplitudenbereich liegen, in dem die Komparatorstufe 4 keine Sehaltvorgänge auslöst. Das Verhältnis zwischen größter und kleinster zulässiger Eingangsamplitude des ITutzsignals wird von dem Verhältnis des kleinsten und größten einstellbaren Abschwächungsgrades im } '- steuerbaren Abschwächer 1 sowie kleinsten und größten Untersetzungsfaktors in der steuerbaren Teilerstufe 3 festgelegt. Damit ist ersichtlich, daß dieses Verhältnis in beiden Baugruppen übereinstimmen sollte.

Figur 2 gibt ein Pegeldiagramm der erfindungsgemäßen Lösung wieder« Dabei wurden unterschiedliche Signaldämpfungen durch das analoge Frequenzfilter 2 dargestellt« Willkürlich wurden hierbei der optimale Pegel am Filtereingang zu 0 dB und der wünschenswerte Pegel am Signalausgang A zu -30 dB angenommen.

Im dargestellten, abgeglichenen Zustand der Pegeleinstellung erscheint am Filtereingang der optimale. Pegel von 0 dB bei allen angegebenen Signaldämpfungen des Filters« Ebenso wird der Ausgangspegel des Nutzsignals immer auf dem gleichen Wert gehalten und ist deshalb bereits für Anzeige« oder Ausgabeeinrichtungen mit geringem Amplitudenumfang geeignet»

Der Eingängspegel des ITutzsignals muß der jeweiligen Dämpfung des Filters angepaßt v/erden. Hierzu kann ein manuell betätigter Meßbereichsschalter benutzt v/erden, der sich vor der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung befindet« Die Betätigung dieses Meßbereichsschalters erfolgt mit dem Ziel, einen zulässigen Amplitudenwert für eine nachgeschaltete Anzeige» oder Ausgabevorrichtung bereitzustellen und am Eingang des analogen Frequenzfilters 2 keine unztilässig hohen Amplituden auftreten zu lassen.

Zur Überprüfung der letzten Bedingung kann es sich als zweck-

mäßig erweisen, aus dem Schaltzustand der Komparatorstufe 4 eine Übersteuerungsanzeige abzuleiten. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß anstelle der bisher erforderlichen Zweiknopfbedienung zur Einstellung optimaler Amplitudenwerte nun nur noch eine Einknopfbedienung nötig ist und damit besonders übersichtliche Bedienungs— und Ableseeigenschaften einer Meßeinrichtung erzielt v/erden können.

Figur 3 stellt eine Anordnung mit digitalem Ausgangssignal dar. Es wird allerdings noch mit einem analogen Frequenzfilter 2 gearbeitet. Dabei befindet sich am Ausgang des analogen Frequenzfilters 2 ein Analog-Digital-Wandler 6· Diese Zusammenschaltung ist typisch für Signale, deren Amplitudenbereich hinter dem Filter in der gleichen Größenordnung wie der zulässige Amplitudenbereich des Filters selbst liegt"» Die steuerbare Teilerstufe 3 liegt bei dieser Anordnung erst hinter dem Analog-Digital-Wandler 6. Diese Schaltungskonfiguration ist möglich, weil die Einstellung einer optimalen Amplitude des Hutzsignals ausschließlich vor dem analogen Frequenzfilter 3 erfolgt. Um eine Kalibrierung des Gerätes, trotz geänderten Abschwächungsgrades oder Untersetzungsfaktors, beibehalten zu können, wirkt die Steuerschaltung 5 auf die hinter dem Analog-Digit al-Y/andler 6 angeordnete steuerbare Teilerstufe 3 so ein, daß ein korrekter Amplitudenmaßstab über den gesamten Signalweg hinweg erhalten bleibt. Sehr einfache Steuerungen ergeben sich, wenn in der steuerbaren Teilerstufe 3 beispielsweise ausschließlich das Komma einer dezimalen Zahlendarstellung verschoben oder der Zehnerexponent einer halblogarithmischen Darstellung geändert werden müssen.

Figur 4 zeigt eine Anordnung mit digitalem Ausgangssignal unter Verwendung eines digitalen Frequenzfilters 7« Der Unterschied zur Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 besteht darin, daß anstelle des analogen Frequenzfilters 3 der Analog-Digital-Wandler 6 angeordnet ist. Er erhält das ITutzsignal vom steuerbaren Abschwächer 1. Am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 6 schliessen sich die steuerbare Teilerstufe 3 und das digitale Frequenzfilter 7 an.

Wie bereits ausgeführt wurde, bewirken die Rundungsfehler infolge der Quantisierung bei digitaler Darstellung der Ampli-

1Λ AT

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tude nicht nur proportionale Fehler im Ausgangssignal, sondern zusätzliche Veränderungen der Übertragungsfunktion des Frequenz— filters und ein geändertes Ausschwingverhalten· Eine Erweiterung des Zahlenbereiches innerhalb des digitalen Frequenzfilv ters 7 ist unschwer erreichbar, da ein derartiges Filter aus-

- schließlich Zahlenrechnungen durchführt. Dagegen stößt eine Erweiterung des Zahlenbereiches im Analog-Digital-Wandler 6 auf erhebliche technische Schwierigkeiten» Gegenwärtig übliche technische Realisierungen verwenden beispielsv/eise 12 bit-Darstellungen für die Analog-Digital—Umwandlung, dagegen 16 bit-Dar— Stellungen in Rechenschaltungen für das Frequenzfilter. Damit folgt im Hinblick auf derzeitige Schaltkreisrealisierungen eine häufig vorhandene Reserve von 4 bit, die bei der üblichen digi-

• talen Frequenzfilterung ungenutzt bleibt« -

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erzielt bei Signalwegen mit digitaler Frequenzfilterung v/esentliche Verbesserungen· Dazu ist in Figur 4 der Eingang des Analog-Digital-Wandlers 6 mit dem Eingang der Komparatorstufe 4 verbunden, die wiederum mindestens zwei unterschiedliche Amplitudenschwellen erfassen kann.» Je nach Höhe der momentan anliegenden Amplitude im Vergleich zu diesen beiden Amplitudenschwellen werden wenigstens drei unterschiedliche Schaltzustände an die Steuerschaltung 5 signalisiert*

Es sei angenommen, daß in dem steuerbaren Abschwächer 1 zur s Zeit der größte Abschwächungsgrad eingeschaltet sei. Nimmt nun die Amplitude des Eutzsignals am Eingang des Analog-Digital-Wandlers 6 Werte unterhalb der unteren Amplitudenschwelle an, dann veranlaßt die Komparatorstufe 4 einen Übergang der Steuerschaltung 5 in einen neuen Zustand, bei dem ein geringerer Abschwächungsgrad in dem steuerbaren Abschwächer 1 eingeschaltet wird. Damit liefert der Analog-Digit al-Y/andler 6 v/ieder Amplitudenwerte mit einer großen Stellenzahl, also einem kleinen re<~ lativen Rundungsfehler. Mit der dem Analog-Digital-Wandler 6 folgenden steuerbaren Teilerstufe 3 wird das Ausgangssignal des Analog-Digital-¹.7andlers 6 in Abhängigkeit vom Zustand der Steuerschaltung so timgerechnet, daß das Ausgangssignal der steuerbaren Teilerstufe 3 wieder ein korrektes, digitales Abbild des Eingangssignals vor dem steuerbaren Abschwächer 1 dar-

stellt, die Änderung des Untersetzungsfaktors also eliminiert wird. Bei weiterem Rückgang der Amplitude am Eingang des Analog-Digit al-Wandlers 6 wiederholt sich der beschriebene Steuervorgang. Übersteigt danach die Eingangsamplitude am Eingang des-Analog-Digital-Wandlers 6 eine höchstzulässige Amplitudenschwelle, dann ändert die Steuerschaltung auf Grund der von der Kornparatorstufe 4 kommenden Signale ihre Arbeitsweise dergestalt, daß der Abschwächungsfaktor des steuerbaren Abschwächers 1 erhöht T/ird und die Einstellung der steuerbaren Teilerstufe 3 sich entsprechend verändert.

Damit wird also erreicht, daß selbst bei großen Amplitudenschwankungen des ETutzsignals am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 6 noch die volle Wortbreite zur Verfügung gestellt wird und damit der Rundungsfehler auf konstanten, niedrigen .Wert gehalten werden kann.

In Figur 5 werden schließlich zwei mögliche, nützliche Ergänzungen der Anordnung gemäß Figur 4 dargestellt. Dabei ist es ebenso gut möglich, mit diesen Ergänzungen die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung entsprechend Figur 1 oder Figur 2 zu modifizieren.

Wird für den betrachteten Signalweg zusätzlich ein manueller Bereichsschalter 8 benötigt, so kann dieser die Steuerschaltung 5 über einen weiteren Eingang beeinflussen, wodurch wiederum die Arbeitsweise des steuerbaren Abschwächers 1 verändert v/erden kann. Mit dieser Variante werden die Kombinationsmöglichkeiten von Abschwächungsgrad des steuerbaren Abschwächers mit Untersetzungsfaktor der steuerbaren Teilerstufe 3 erweitert. Dies ist selbst dann schon der Fall, wenn keine zusätzlichen Abschwächungsgrade im steuerbaren Abschwächer 1 vorgesehen sind.

Eine weitere Modifikation der Erfindung stellt der Anschluß einer Einrichtung zur Zeitüberwachung 9 dar. Der Anschluß kann erfolgen mittels einer Steuerleitung 10 zur Komparatorstufe 4 oder mittels einer Steuerleitung 11 zur Steuerschaltung 5. Dazu müssen die Komparatorstufe 4 oder die Steuerschaltung 5 jeweils mit entsprechenden Eingängen ausgerüstet werden.

Der Zweck dieser Variante besteht darin, daß die Komparator-

- < ". stufe 4 oder die Steuerschaltung 5 ihren Betriebszustand nicht beliebig häufig ändern können, sondern durch Verzögerungen der Steuersignale, beispielsv/eise gesteuert durch einen Taktgeber, zu einer verringerten Arbeitsgeschwindigkeit veranlaßt v/erden.

Claims (8)

- 22 7 83 2 7 Erfindungs anspruch

1. Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Einstellung optimaler Signalatnplituden an Frequenzfiltern, bestehend aus einein steuerbaren Abschwächer, einem Frequenzfilter, einer steuerbaren Teilerstufe, einer Komparatorstufe mit mindestens zwei Schaltschwellen und einer Steuerschaltung, gekennzeichnet dadurch, daß im Signalweg für das Hutzsignal zwischen dem analogen Signaleingang (E) und dem Signalausgang (A) hintereinander ein steuerbarer Abschwächer (1), ein analoges Frequenzfilter (2) und eine steuerbare Teilerstufe (3) angeordnet sind und daß der Ausgang des steuerbaren Abschwächers (1) sich verzweigt und eine zusätzliche Verbindung zum Eingang einer Komparatorstufe (4) besteht, deren Ausgänge mit den Eingängen einer Steuerschaltung (5) verbunden sind, von der eine erste Steuerleitung zum Steuereingang des steuerbaren Abschwächers (1) und eine zweite Steuerleitung zu der steuerbaren Teilerstufe (3) führen.

2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die steuerbare Teilerstufe (3) durch einen Verstärker mit steuerbarer Verstärkung realisiert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischem analogen Frequenzfilter (2) und steuerbarer Teilerstufe (3) ein Analog-Digital-Y/andler (6) in.den Signalweg des Htuzsignals eingefügt ist,

4. Schaltungsanordnung nach Punkt 3> gekennzeichnet dadurch, daß das analoge Frequenzfilter (2) durch ein digitales Frequenzfilter (7) ersetzt wird, das in den Signalweg des Nutzsignals zwischen steuerbarer Teilerstufe (3) und Signalausgang (A) eingefügt ist, daß das Uutzsignal am Ausgang des steuerbaren Abschwächers (1) dem Analog-Digital-Wandler (6) direkt zugeführt wird und dessen Ausgang zum Eingang der steuerbaren Teilerstufe (3) führt.

5. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 4» gekennzeichnet dadurch, daß der steuerbare Abschwächer durch einen Verstärker mit steuerbarer Verstärkung realisiert wird.

6· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet da durch, daß ein manueller Bereichsschalter (8) mit einem weiteren Eingang der Steuerschaltung (5) verbunden ist.

7'· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet da durch, daß eine Einrichtung zur Zeitüberwachung (9) mit einem weiteren Eingang der !Comparators tufe (4) über eine Steuerleitung (10) in Verbindung steht«

8· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet da durch, daß eine Einrichtung zur Zeitüberwachung (9) mit einem weiteren Eingang der Steuerschaltung (5) über eine Steuerleitung (11) in Verbindung steht.

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