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Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Impulsbreite von PCM-Impulsen
1n der elektrischen Nachrichtenübertragung ist es oft wünschenswert, Informationen
mit einem Minimum an Störanfälligkeit zu übertragen. Für die Lösung dieser Aufgabe
bietet sich beispielsweise die Pulscodemodulation (PCM) an, bei der sendeseitig
in einem Coder entsprechend dem Momentanwert des Nachrichtensignals eine bestimmte
Impulsfolge (Codeimpulsgruppe) erzeugt und anschließend ausgesendet wird, während
auf der Empfangsseite in einem Decoder die Rückgewinnung des ursprünglichen Nachrichtensignals
aus den eintreffenden Impulsfolgen erfolgt.
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Die Coder lassen sich in zwei große Gruppen einteilen, nämlich Serien-
und Parallelcoder. Bei den Parallelcodern werden die Impulse einer Codeimpulsgruppe
gleichzeitig erzeugt; dagegen läuft bei den Seriencodern das zu codierende Signal
während des Codiervorganges mehrmals im Coder um, und bei jedem Umlauf wird ein
Codeimpuls erzeugt. Die Codeimpulse einer Impulsgruppe entstehen also, zeitlich
gesehen, hintereinander, in Form einer Dualzahl mit fallender Wertigkeit.
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Wie weiter unten erläutert wird, weisen bei derartigen Seriencodern
(die gelegentlich auch als Umlaufcoder bezeichnet werden) die Codeimpulse untereinander
häufig ungleiche Impulsbreiten auf, wobei die Schwankung (sogenannter »Jitter«)
der Impulsbreite signalabhängig ist. Im Zuge einer PCM-Übertragungsstrecke liegen
üblicherweise eine Anzahl von Regenerativverstärkern, deren jeder das zu übertragende
PCM-Signal aufnimmt, regeneriert und an den nächstfolgenden Regenerativverstärker
weiterleitet. Trifft daher das PCM-Signal bereits am ersten Regenerativverstärker
mit schwankender, signalabhängiger Impulsbreite ein, so werden sich, je nachdem,
auf welche Weise in diesem Regenerativverstärker die Taktwelle abgeleitet wird,
im Taktgenerator des nächstfolgenden Regenerativverstärkers mehr oder weniger starke
Phasenschwankungen ergeben, die wiederum auf den nächsten Regenerativverstärker
und dessen Ausgangssignal einwirken usf. Bei einer Kette von Regenerativverstärkern
in einer Übertragungsstrecke können schließlich diese Schwankungen unzulässig groß
werden und zu Signalverfälschungen führen.
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Die vorliegende Erfindung hat es daher zum Ziel gesetzt, mit geringem
Aufwand diese Nachteile zu beseitigen. Erfindungsgemäß handelt es sich um eine Schaltungsanordnung
zur Stabilisierung der Impulsbreite von PCM-Impulsen in Seriencodern, dadurch gekennzeichnet,
daß nach erfolgter Abtastung des zu codierenden Signalwertes die in einem Begrenzerverstärker
mit nachgeschalteter bistabiler Kippschaltung erzeugten, in ihrer Impulsbreite schwankenden
PCM-Impulse nach einer beispielsweise durch einen elektronischen Schalter bestimmten
und wählbaren Verzögerungszeit, die vorzugsweise 0,5 Bitzeiten der erzeugten, zu
stabilisierenden PCM-Impulse beträgt, durch äquidistante Umspeicherimpulse abgetastet
werden und am Ausgang einer bistabilen Kippschaltung als impulsbreitenstabilisierte
PCM-Impulse erscheinen.
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Die Erfindung soll nun unter Heranziehung der F i g. 1 bis 3 näher
erläutert werden.
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In F i g. 1 ist ein bekannter Seriencoder dargestellt, dessen Arbeitsweise
hier nur in großen Zügen erläutert werden soll. Das zu codierende Nachrichtensignal,
das von der Signalquelle S stammen möge, wird durch den elektronischen Schalter
S1. abgetastet und der jeweilige Abtastwert in dem Kondensator Cl gespeichert. Ein
Begrenzerverstärker 1 mit einer nachgeschalteten bistabilen Kippschaltung 2 prüft,
ob der eingespeicherte Momentanwert der Signalspannung größer oder kleiner als ein
Bezugspotential, das üblicherweise zu 0 Volt gewählt wird, ist. Abhängig vom Ergebnis
dieser Prüfung wird von der bistabilen Kippschaltung entweder ein positiver oder
negativer Impuls erzeugt, der als PCM-Impuls an der Ausgangsklemme PCM erscheint.
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Gleichzeitig wird die am Ausgang des Addierers 3 aus dem Linearzweig
mit einer Entkoppelstufe 7 und dem Impulszweig mit dem Begrenzerverstärker 1 und
der bistabilen Kippschaltung 2 gebildete Summenspannung im Verstärker 4 um den Faktor
2 verstärkt, um dann über das aus den Schaltern S3 und S2, dem Speicherkondensator
C2 und dem Trennverstärker 5 bestehende Laufzeitglied zum Speicherkondensator Cl
zurückgeführt zu werden. Der Codiervorgang wird durch abwechselndes Schließen und
Öffnen der Schalter S. und S3 gesteuert. Durch Schließen des
Schalters
S2 wird die Spannung vom Kondensator 2 auf den Kondensator 1 übertragen. Sie wird
dann, wie oben beschrieben, geprüft, korrigiert und liegt dann am Schalter S3. Schalter
S3 wird nun geschlossen, gleichzeitig Schalter S2 geöffnet, so daß sich Kondensator
2 auf die korrigierte Spannung aufladen kann. Dieses Spiel wiederholt sich so lange,
bis die notwendige Anzahl der Codeimpulse erzeugt ist und durch kurzzeitiges Schließen
des Schalters S, die nächste, zu codierende Signalspannung an den Kondensator Cl
angelegt wird, die dann ebenfalls, wie soeben beschrieben, codiert wird.
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Man erkennt, daß Cl während des Codierzyklus dauernd umgeladen wird.
Wenn nun während des Codiervorganges die Spannung am Ausgang des Addierers 3 ihr
Vorzeichen ändert, so muß auch C, entsprechend umgeladen werden, und es leuchtet
ein, daß dieser Umladevorgang verschieden lange dauern kann, je nachdem nämlich,
welche Ladung der Kondensator Cl vor Beginn der Umladung gerade gespeichert hatte.
Eine geringe »positive« Ladung des Kondensators (entsprechend beispielsweise der
binären )J«) wird bei einem- Vorzeichenwechsel der Spannung (entsprechend der binären
»0«) schneller abgeflossen sein als eine »positive« Ladung größeren Betrages. Ordnet
man der binären »1« das Auftreten eines Impulses, der binären »0« dagegen das Fehlen
eines solchen zu, so erkennt man, daß beim Wechsel der Ladung des Kondensators C,
Impulse verschiedener Breite entstehen, je nachdem, wie groß die »positive« Ladung
vor Beginn des Umladevorganges im Kondensator C, gewesen war. Diese Schwankungen
in der Impulsbreite sind selbstverständlich unerwünscht, da sie zu Verfälschungen
der nachfolgenden Codeimpulse führen können.
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In F i g. 2 ist nunmehr die erfindungsgemäße Schaltung dargestellt,
die diesen Mangel beseitigen soll. In F i g. 3 sind Impulsformen dargestellt, die
an verschiedenen Punkten der Schaltung nach F i g . 2 auftreten.
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Das zu codierende Signal wird wie bei F i g. 1 in C, gespeichert,
im- Begrenzerverstärker 1 geprüft und mittels der nachgeschalteten- bistabilen Kippschaltung
werden die der Spannung an C, entsprechenden PCM-Impulse erzeugt. Diese Impulse
weisen, wie oben erläutert, nichtkonstante Impulsdauer auf, wie dies in F i. g.
3, Zeile 1, angedeutet ist.
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Im Gegensatz zu F i g. 1 werden diese PCM-Impulse jedoch nicht ausgesendet;
sondern sie dienen dazu, eine bistabile - Kippschaltung 6 in folgender Weise zu
steuern. Ein elektronischer Schalter S4 schließt nach einer gewissen Zeit, die zweckmäßigerweise
etwa halb so groß wie die Zeitdauer eines PCM-Impulses gewählt wird (0,5fache Bitzeit),
die bistabile Kippschaltung 6 an den Ausgang des Begrenzerverstärkers 1- bzw. dessen
nachgeschalteter bistabilen Kippschaltung 2 an. Dabei wird der jeweilige Schaltzustand
der bistabilen Kippschaltung 2 mit dem der bistabilen Kippschaltung 6 verglichen
(F i g. 3, Zeilen 2 und 3), und je nachdem, ob Gleichheit vorliegt oder nicht, gibt
die Kippschaltung 6 einen PCM-Ausgangsimpuls ab oder nicht. Da die Kippfrequenz
der Kippschaltung6 festliegt, erscheinen die PCM-Ausgangsimpulse zu genau äquidistanten
Zeitpunkten. Damit wird erreicht, daß die auf den Ausgang »PCM« gegebenen PCM-Impulse
tatsächlich untereinander gleiche Impulsbreite aufweisen. Die Verzögerung um 0,5
Bit wird deshalb eingeführt, weil angesichts der stark schwankenden Impulsbreite
der PCM-Impulse am Ausgang der Kippschaltung 2 die Flanken eines Impulses so weit
verschoben sein könnten, daß der Kippschaltung 6 von der Kippschaltung 2 der Zustand
»kein Impuls« statt »Impuls« vorgetäuscht wird und umgekehrt. Durch die Verzögerung
wird dies jedoch sicher vermieden.
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Es sei noch erwähnt, daß wegen der Verzögerung des gerade abgetasteten
Spannungswertes um etwa 0,5 Bitzeiten selbstverständlich das im Coder umlaufende
Analogsignal ebenfalls um 0,5 Bitzeiten verzögert werden muß.
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Aus diesem Grund sind, wie aus F i g. 2 ersichtlich, der Speicherkondensator,
der Schalter S3 sowie der Trennverstärker 5 vor dem Addierer 3 angeordnet. Der Schalter
S3 wird erst nach der gleichen Verzögerungszeit, wie sie für den Schalter S2 gewählt
wurde, meist also 0,5 Bit, geschlossen.
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Sämtliche Schalter S,, S2, S3 und S,, werden aus einem (nicht dargestellten)
zentralen Taktgeber im richtigen Zeitmaß gesteuert. Es leuchtet ein, daß es sich
bei diesen »Schaltern« umgeeignete elektronische Baugruppen handelt, die nur aus
Gründen der besseren Anschaulichkeit als einfache Schalter dargestellt worden sind.
So kann beispielsweise der »Schalter« S4 in der Form einer elektronischen Umspeicherschaltung
aufgebaut sein, wie sie für die Umspeicherung von Digitalimpulsen von anderen Anwendungsfällen
her bekannt ist.