-
Einrichtung zur Decodierung pulscodemodulierter elektrischer Impulse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Decodierung pulscodemodulierter
elektrischer Impulse nach dem Prinzip des »Shanno-n-Decoders«.
-
Bei Nachrichtenübertragungsanlagen mit Pulscodemodulation, insbesondere
Zeitmultiplexsystemen, muß das codierte Signal am Empfangsort wieder decodiert werden.
Haben die aufeinanderfolgenden Codeimpulse eines Zeichens eine, nach steigenden
Potenzen von zwei geordnete Wertigkeitsfolge, dann kann die Decodierung mit einer
sehr einfachen Einrichtung vorgenommen werden. Diese wird als »Shannon-Decoder«
bezeichnet. Ihr prinzipieller Aufbau ist in der Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt.
Sie besteht im wesentlichen aus der -einseitig auf Bezugspotential liegenden ParalleIschaltung
eines Kondensators- C mit einem Widerstand R, bei der der Kondensator
C über eine von den Codeimpulsen gesteuerte hocholunige, Stromqueille
I, (S1) aufgeladen und der Ladezustand des Kondensators am Ende eines jeden
Codezeichens mit Hilfe eines Schalters S, abgefragt wird. Die Stromquelle
10 führt dem Kondensator C bei jedem auftretenden Codeimpuls mit Hilfe
des Schalters S, eine bestimmte Ladung zu, die anschließend über den Widerstand
R wieder abfließt. Hierbei ist die Zeitkonstante T = R - C so gewählt,
daß die Entladung des Kondensators zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromschritten
(bits) eines Codezeichens auf die Hälfte absinkt. Damit ist erreicht, daß der Ladezustand
des Kondensators am Ende eines Codezeichens, dem Amplitudenwert proportional ist,
den die Impulsfolge des betreffenden Codezeicheins ausdrückt. Das Abfragen des,
Kondensators erfolgt, wie bereits erwähnt, durch den Schalter S., der denselben
am Ende eines Codezeichens, kurzzeitig an den Eingang einer Folgeschaltung FS anlegt,
in der das decodierte Signal weiterverarbeitet wird. Ein einwandfreies und exaktes
Arbeiten des »Shannon-Decoders« setzt voraus, daß die den, Schalter S, steuernden
Codeimpulse alle gleiche Dauer, gleiche Amplitude und genaue gegenseitige Zeitlage
aufweisen. Diese Voraussetzungen sind bei den am Empfangsort ankommenden Codezeichen
im allgemeinen nicht gegeben. Aus diesem Grund worden sie zunächst dem Eingang
E einer Impulsformerstufe IR zugeführt, in der sie entsprechend regeneriert
werden.
-
Der »Sharmon-Decoder« läßt sich mit Elektronenröhren in einfacher
Weise realisieren. Hierbei kann die von den Codeimpulsen gesteuerte hochohmige Stromquelle
beispielsweise eine in Speriiehtung vorgespannte Pentode sein, deren Steuergitter
die die Sperrspannung überwindenden, regenerierten Codeimpulse zugeführt werden.
Auch für den SchalterS2 lassen sich einfache, und sicher arbeitende elektronische
Ausführungen mit Röhrendioden angeben. Dagegen treten erhebliche Schwierigkeiten
auf, wenn die Schaltungsanordnung mit Halbleiterelementen ausgeführt werden soll,
dieElektronenröhrenbekanntlich in vieler Hinsicht überlegen sind. Diese Schwierigkeiten
beruhen vor allem darauf, daß Halbleiterelemente, beispielsweise Transistoren, sich
nicht leistungslo#s steuern lassen und außerdem in erhöhtem Maße temperaturabhängige,
Eigenschaften aufweisen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, die
bei der Realisierung einer Decodierschaltung der einleitend beschriebenen Art mit
Halbleiterelementen auftretenden Schwierigkeiten in einfacher Weise zu überwinden.
-
Für eine Einrichtung zur Decodierung pulscodemodulierter elektrischer
Impulse nach dem Prinzip des »Shannon-DecodersK<, bestehend aus der einseitig
auf Bezugspotential liegenden ParalleIschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand,
bei der der Kondensator durch eine von den in einer Impulsformerstufe regenerierten
Codeimpulsen gesteuerte hochohmige Stromquelle aufgeladen und der Ladezustand des
Kondensators am Ende eines jeden Codezeichens abgefragt wird, und zwar unter Verwendung
eines elektronischen Schalters, wird erfindungsgemäß die Aufgabe dadurch gelöst,
daß die Codeimpulse einen aus Halbleiterelementen gebildeten elektronischen Umschalter
steuern, der den den Kondensator aufladenden eingeprägten Strom in den Impulspausen
gegen das Bezugspotential ableitet, und daß der Umschalter
zu einem
Koinzidenzgatter erweitert ist, dessen erstem Eingang die noch zu regenerierenden
Codeimpulse und dessen zweitem Eingang eine die genaue Zeitlage und Dauer der Codeimpulse
festlegende Rechteckimpulsfolge zugeführt sind.
-
Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß bei Ersatz der eine
steuerbare hochohmige Stromquelle darstellenden Röhrenpentode, durch einen Transistor
der Kondensator C nur dann mit einem eingeprägten Strom aufgeladen wird,
wenn auch der im Steuerkreis des Transistors fließende Strom ein eingeprägter Strom
ist, d. h. mit anderen Worten, daß die Impulsforinerstufe die eigentliche
Funktion der gesteuerten Stromquelle ausüben muß. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung
ist nun die funktionelleVerschmelzung einer durch die Codeimpulse gesteuerten Urstromquelle
mit der die Regenerierung der Codeimpulse vornehmenden lmpulsforinerstufe in außerordentlich
vorteilhafter Weise dadurch möglich gemacht, daß von der gesteuerten Urstromquelle
zu einem umgesteuerten Urstrom übergegangen wird. Ein Koinzidenzgatter, wie es,
in der Intpulstechnik unter anderem auch zu Regenerierzwecken an sich bekannt ist,
kann nämlich leicht so ausgestaltet werden, daß es gleichzeitig die Funktion eines
Stromumschalters in der gewünschten Weise auszuüben vermag.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einem »Shannon-Decoder« den
das Abfragen des Kondensators vornehmenden elektronischen Schalter in der den Kondensator
mit dem Bezugspotential verbindenden Anschlußleitung anzuordnen. Hierbei ist der
Schalter während des Aufladevorgangs, des Kondensators geschlossen und trennt ihn
beim Abfragen vom Bezugspotential ab. Diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise
auch beim Erfindungsgegenstand zur Anwendung kommen. Dadurch ist nämlich erreicht,
daß der Schalter sich mit Halbleiterelementen, beispielsweise Transistoren oder
Gleichrichtern, aufbauen läßt, ohne daß deren temperaturabhängige Eigenschaften
die Zeitkonstante T = R - C in störender Weise beeinflussen
können.
-
An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt
sind, soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden. Hierin bedeutet Fig.
1 das Prinzipschaltbild des bereits erwähnten bekannten »Sharmon-Decoders«,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, Fig.
3 das Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel. nach der Erfindung entsprechend dem Prinzipschaltbild
nach der Fig. 3,
Fig. 5 eine Schaltungsvariante- des Ausführungsbeispiels
nach der Fig. 4.
-
Bei dem in der Fig. 2 im Schema dargestellten Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung ist der Ausgang A der Impulsformerstufe IR unmittelbar
mit der ParalleIschaltung aus dem Kondensator C und dem Widerstand R verbunden.
Die dem Eingang E
der Impulsformerstufe IR zugeführten Codeimpulse werden
in der Impulsformerstufe regeneriert und steuern den Umschalter Sl' derart um, daß
der Urstrom 1" stets dann dem Kondensator C über den Kontakt 1 und
den Ausgang A zugeführt wird, wenn ein Codeimpuls vorhanden ist. In der übrigen
Zeit fließt der Urstrom 10 über den Kontakt 2 gegen das Bezugspotential ab. Die
Abfragevorrichtung, bestehend aus dem den Kondensator C mit dem Eingang der
Folgeschaltung FS verbindenden Schalter S", ist die gleiche wie bei der bekannten
Anordnung nach der Fig. 1. Während der Aufladezeit des Kondensators
C ist der Schalter S2 geöffnet und schaltet, wie bereits einleitend
geschildert, jeweils am Ende eines Codezeichens den Kondensator C kurzzeitig
an den Eingang der Folgenschaltung FS.
-
Beim ebenfalls schematisch dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel
der Fig. 3 ist der Schalter S2' im Gegensatz zur Anordnung des Schalters
% in den Fig. 1 und 2 in der den Kondensator C mit dem Be7ugspotential
verbindenden Ausschlußleitung angeordnet. Während der Aufladezeit des Kondensators
C ist der Schalter S.' geschlossen, so daß der Aufladevorgang in der
gleichen Weise abläuft wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2. Das Abfragen des
Kondensators erfolgt nun entgegen der bekannten Schaltungsanordnung dadurch, daß
der Schalter S2'
den Kondensator C vom Bezugspotential abtrennt. Dies
hat unter anderem den erheblichen Vorteil, daß der Ladezustand des Kondensators
C beliebig lange abgefragt werden kann. Beim Abtrennen des Kondensators
vom Bezugspotential wird nämlich die Entladung über den Widerstand R sofort unterbrochen,
und der Kondensator C nimmt auf seinem mit dem Ausgang A der Impulsformerstufe
verbundenen Belag das Bezugspotential an. Demzufolge erscheint am Ausgang
Ab, der mit dem nunmehr freien Anschluß des Kondensators
C in Verbindung steht, ein gegen das Bezugspotential negativer Spannungsimpuls,
dessen Amplitude den Spannungswert aufweist, den der Kondensator im Zeitpunkt des
öffaens des Schalters S2' gerade besaß. Bei der Abfrageeinrichtung nach den
Fig. 1 und 2 kann das Ergebnis der Abfrage am Ausgang Ab nur in Form
sehr kurzzeitiger Impulse auftreten. Dies ist im allgemeinen nicht so vorteilhaft,
weil die Weiterverarbeitung dieser Impulse das Aufladen irgendwelcher anderer Speicher,
wie Kondensatoren und Spulen, bedingt und die hierfür erforderlichen Ströme um so
größer sein müssen, je kürzer die Dauer der Impulse ist.
-
Da der Kondensator C sich bis zur Ankunft des folgenden Codezeichens
so weit entladen haben muß, daß keine Bewertungsfähler auftreten, wird die Schaltzeit
des Schalters S.' zweckmäßigerweise nur so groß gewählt, daß die Dauer der
über den Ausgang Ab abgegebenen Impulse noch groß genug ist, um sie ohne
besonderen schaltungstechnischen Aufwand weiterverarbeiten zu können. Ferner hat
es sich bei Zeitmultiplexsystemen besonders vorteilhaft erwiesen, für die Decodierung
des ankommenden Pulsrahmens zwei Decoder zu verwenden, die die aufeeinanderfolgenden
Codezeichen im Wechsel decodieren. Damit steht jedem der Kondensatoren beider Decoder
zur Entladung ein Zeitraum zur Verfügung, der der Dauer eines Codezeichens, vermindert
um die Dauer eines Abfragezeitintervalls, entspricht. Wie die Praxis und auch theoretische
überlegungen zeigen, ist dieser Zeitraum ausreichend, um ein störendes Nebensprechen
zwischen den einzelnen Kanälen zu verhindern.
-
In der Fig. 4 ist eine entsprechend dem Prinzipschaltbild nach der
Fig. 3 ausgeführte Schaltung dargestellt. Die den elektrischen Umschalter
S,' in sich einschließende Impulsformerstufe besteht im wesentlichen aus einem Transistor
Ts, in Basis-Basis-Schaltung und zwei Gleichrichtern Gl, und G4. Hierbei
lädt
der Kollektorstrom des Transistors Tsl über den Ausgang A den Kondensator
C auf. Der Widerstand R bildet den eigentlichen Kollektorwiderstand. Dem
Ernitter des Transistors Ts. werden die noch zu regenerierenden Codeimpulse
Cd über einen ersten Eingang EI und den Gleichrichter Gl, zugeführt,
und ferner wird eine die, genaue Zeitlage und Dauer der Codeimpulse festlegende
Redhteckimpulsfolge Tp über einen zweiten Eingang E, und den Gleichrichter
Gl. zugeführt. Die Gleichrichter Gl, und Gl. und der Transistor Ts, stellen ein
Koinzidenzgatter Üar. Hierbei sind die Gleichrichter Gl, und Gl. unter Berücksichtigung
dzr Polarität der Emitter-Basis-Strecke des Transistors Tsl so gepolt und vorgespannt,
daß der zwischen den beiden Gleichrichtern und dem Emitter vom positiven Pol der
Betriebsspannungsquelle Ub über den Widerstand R, eingespeiste Urstrom 10 nur dann
in den. Emitter hineinfließt, wenn an beiden Eingängen Ei und E2 gleichzeitig
ein Impuls vorhanden ist. Wenn beispielsweise der Gleichrichter Gl, in Durchlaßrichtung
mehr vorgespannt ist als der Gleichrichter Gl., dann fließt der Urstrom I, über
den Gleichrichter Gli bzw. den Eingang EI gegen das Bezugspotential ab, wenn
an beiden Eingängen kein Impuls vorhanden ist. Steht am Eingang EI ein Codeimpuls,
dann fließt der Urstrom I, über den Gleichrichter Gl. bzw. den Eingang
E, gegen das Bezugspotential ab. Nur dann, wenn am Eingang E2 ein
Rechteckimpuls steht und gleichzeitig ein Codeimpuls am Eingang E, vorhanden ist,
sperren beide Gleichrichter und zwingen den Urstrom I., über den Emitter und den
Kollektor des Transistors Ts, auf den Kondensator C zu fließen.
-
Aus Gründen der Anpassung müssen in zahlreichen Anwendungsfällen die
Eingänge EI und E2
des Koinzidenzgatters hochohmig seh Für diese Fälle
sind deshalb die Gleichrichter ungeeignet und werden daher zweckmäßig durch Transistoren
ersetzt. Diese Schaltungsvariante ist in der Fig. 5 dargestellt. An Stelle
der Gleichrichter Gli und Gl. sind hier die Transistoren Ts. und Ts. getreten,
die an ihren Basen angesteuert werden. Die Eingänge Ei
und E.,
sind nunmehr in ausreichendem Maße hochohmig, zumal, der in der Emitterzuleitung
dieser Transistoren liegende Widerstand RO eine Stromgegenkopplung darstellt.
-
Der in der Fig. 3 mit S.' bezeichnete Schalter für das
Abfragen des Kondensators C ist im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 durch
zwei hintereinandergeschaltete und in Durchlaßrichtung vorgespannte Gleichrichter
Gl., und G14 verwirklicht. Der Kondensator C ist dabei mit seinem einen Belag
zwischen den beiden Gleichrichtern angeschlossen. Das Sperre,n der Gleichrichter
G#" und G14 in den Abfragezeitintervallen erfolgt durch Abfragelmpulse Ap, die den
Gleichrichtern über einen übertrager ü zugeführt werden, dessen Sekundärwicklung
in Reihe mit einem den Gleichstrom sperrenden Kondensator C s der
Reihenschaltung der Gleichrichter parallel angeschaltet ist. Die Sekundärwicklung
des übertragers ü ist noch mit einem Abgriff a ausgerüstet, der mit dem Bezugspotential
verbunden ist. Die Vorspannung der Gleichrichter erfolgt in der Weise, daß der Gleichrichter
Gl. an seinem mit dem Kondensator C, verbundenen Anschluß über den Widerstand
Rg an den negativen Pol der Betriebsspannungsquelle Ub angeschlossen ist. Der Kondensator
C empfängt somit sein Bezugspotential über den Abgriff a und den vernachlässigbaren
Durchlaßwiderstand des Gleichrichters G14. Beim Sperren der Gleichricher werden
die am rechten Anschluß des Kondensators C auftretenden, gegen das Bezugspotenitial
negativen Impulse am Ausgang Ab abgenommen.
-
Die durch die Zeitkonstante T = R -
C gegebene Entladefunktion der Decodiereinrichtung kann bei der erfindungsgemäßen
Ausführung der Abfrageeinrichtung nur vom Durchlaßwiderstand des Gleichrichters
Gl. beeinflußt werden. Dieser Einfluß, der insbesondere thermisch bedingt ist, kann
sich jedoch nicht störend auswirken, weil einerseits der Durchlaßwiderstand des
Gleichrichters. gegenüber dem Widerstand R sehr klein ist und andererseits der Durchlaßwiderstand
sich nur verhältnismäßig wenig mit der Temperatur ändert. Im Gegensatz hierzu würden
die temperaturabhängigen Eigenschaften des mit Halbleiterelementen aufgebauten Schalters
sehr stören, wenn er in Reihe mit dem Eingang der Folgeschaltung FS entsprechend
den Fig. 1 und 2 dem Kondensator parallel angeschaltet wäre. In diesem Fall
können nämlich die stark schwankenden und sich mit der Temperatur sehr viel mehr
als die Durchlaßwiderstande ändernden Sperrwiderstände der Gleichrichter die Entladung,
des Kondensators während der Aufladezeit in unzulässiger Weise derart beeinflussen,
daß die Brauchbarkeit der gesamten Decodiereinrichtung in Frage gestellt wäre.
-
Der das, Abfragen des Kondensators C vornehmende Schalter kann
auch mit einem Transistor, vorzugsweise in Emitter-Basis-Schaltung realisiert werden,
dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit dem Kondensator liegt und dem zwischen
Basis und Emitter die Abtastimpulse zugeführt werden. Die Schaltung ist hierbei
so zu bemessen, daß sich der Transistor während der Aufladezeit des Kondensators
in der Sättigung befindet (Ruhezustand) und durch die Abtastimpulse in den Sperrzustand
umgesteuert wird. Eine solche Schalterausführung hat den Vorteil, daß der im Ausführungsbeispiel
nach der Fig. 4 verwendete übertrager ü entfallen kann. Allerdings können
bei einem solchen Transistorschalter keine hoben Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit
gestellt werden.