DE1244851B

DE1244851B - Process for pulse duration modulation

Info

Publication number: DE1244851B
Application number: DE1962D0039809
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eberhard Haensler
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1962-09-08
Filing date: 1962-09-08
Publication date: 1967-07-20

Description

Verfahren zur Pulsdauermodulation Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pulsdauermodulation von Nachrichtensignalen, insbesondere zur Verwendung in Vielfachsystemen.Method for pulse duration modulation The invention relates to a method for pulse duration modulation of message signals, in particular for use in Multiple systems.

Verfahren zur Pulsdauermodulation sind an sich bekannt. Sie erfordern jedoch je Nachrichtenkanal eine große Anzahl von elektronischen Bauelementen, z. B. je einen monostabilen Multivibrator, dessen Kippdauer proportional zur Amplitude des Signals geändert wird.Methods for pulse duration modulation are known per se. You require however, a large number of electronic components, e.g. B. each have a monostable multivibrator, the duration of which is proportional to the amplitude of the signal is changed.

Zur Einsparung von aktiven Bauelementen sind auch schon Verfahren zur Pulsdauermodulation mit Ferritkernen bekanntgeworden.There are already methods for saving active components became known for pulse duration modulation with ferrite cores.

Bei einem ersten Verfahren werden aus dem kontinuierlich anliegenden Signal durch zusätzliche Schalttransistoren amplitudenmodulierte Impulse entnommen (USA.-Patentschrift 2 780 782). Lediglich die Umwandlung der Impulsamplitude in eine Impulsbreite erfolgt durch den Ferritkern.In a first method, the continuously applied Signal extracted by additional switching transistors, amplitude-modulated pulses (U.S. Patent 2,780,782). Only the conversion of the pulse amplitude into a pulse width occurs through the ferrite core.

Die zusätzlichen Schalter vermeidet ein weiteres Verfahren, bei welchem die Ausgangswicklung des Ferritkerns erregt wird. Das Ausgangssignal wird gebildet aus der Differenz zwischen dem Erregerimpuls und dem durch die teilweise Ummagnetisierung des Kernes entstehenden Impuls. Daher ist die Vorderflanke des Ausgangsimpulses moduliert (USA.-Patentschrift 2 983 881). Durch die Reihenschaltung der Impulsquelle zur Erzeugung der Abfrageimpulse und der Ausgangswicklung entsteht eine galvanische Kopplung zwischen beiden, die eine Zusammenschaltung mehrerer Kerne für Zeitvielfachsysteme ausschließt. Bei dem zuerst geschilderten Verfahren besteht ebenfalls eine galvanische Kopplung. Diese Kopplung erschwert in beiden Fällen eine Parallelschaltung mehrerer Systeme wesentlich.The additional switch avoids another method in which the output winding of the ferrite core is excited. The output signal is formed from the difference between the excitation pulse and the pulse resulting from the partial magnetization of the core. Therefore, the leading edge of the output pulse modulated (USA. Patent 2,983,881). The series connection of the pulse source for generating the interrogation pulses and the output winding creates a galvanic coupling between the two, which excludes the interconnection of several cores for time multiplexing systems. In the method described first, there is also a galvanic coupling. In both cases, this coupling makes it much more difficult to connect several systems in parallel.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sich gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe, die Pulsbreitemodulation so durchzuführen, daß Nachrichtenquelle, Impulsquelle und Ausgang untereinander galvanisch entkoppelt sind, so daß das Verfahren in Zeit- oder Raumvielfachsystemen eingesetzt werden kann.The method according to the invention is compared to the prior art Technology the task of performing the pulse width modulation in such a way that the news source, Pulse source and output are galvanically decoupled from one another, so that the process can be used in multiple time or space systems.

Die Erfindung geht dabei von einer Anordnung aus, bei welcher einer ersten von mehreren einen magnetischen Kreis mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife umgebenden Wicklungen ein der Amplitude des Eingangssignals proportionaler Strom derartiger Größe zugeführt wird, daß die Erregung den reversiblen Teil der Hysteresisschleife nicht überschreitet.The invention is based on an arrangement in which one first of several a magnetic circuit with an approximately rectangular hysteresis loop surrounding windings a current proportional to the amplitude of the input signal of such magnitude that excitation is applied to the reversible part of the hysteresis loop does not exceed.

Einer zweiten Wicklung wird eine Folge von derart bemessenen Einstell-Stromimpulsen zugeführt, daß ohne das Eingangssignal der durch den magnetischen Kreis verlaufende Fluß zumindest annähernd den Wert Null erreichen würde. Durch die Überlagerung der Einstell-Stromimpulsfolge mit dem Eingangssignal stellt sich, ähnlich wie bei der Differenzbildung (USA.-Patentschrift 2 983 881), eine dem Eingangssignal analoge Flußverteilung ein.A sequence of setting current pulses of such dimensions is applied to a second winding supplied that without the input signal passing through the magnetic circuit Flow would at least approximately reach the value zero. By overlaying the Setting current pulse sequence with the input signal is similar to that of the Difference formation (US Pat. No. 2,983,881), an analogue to the input signal Flow distribution a.

Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik wirkt aber gemäß der Erfindung auf einer weiteren Wicklung ein Abfrageimpuls mit zum Einstell-Stromimpuls entgegengesetzter Polarität mit einer derart groß gegenüber der Eingangserregung bemessenen Erregeramplitude auf den magnetischen Kreis ein, daß die Ummagnetisierung stets mit konstanter, der Erregeramplitude proportionaler Geschwindigkeit erfolgt und dadurch in einer Ausgangswicklung ein in seiner Breite der Amplitude des Eingangssignals proportionaler Ausgangsimpuls induziert wird.In contrast to the known prior art, however, acts according to the Invention on a further winding an interrogation pulse with the setting current pulse opposite polarity with one so great compared to the input excitation measured excitation amplitude on the magnetic circuit that the magnetization reversal always takes place at a constant speed proportional to the excitation amplitude and thereby in an output winding a width of the amplitude of the input signal proportional output pulse is induced.

Hierdurch ist eine Parallel- oder Reihenschaltung der Wicklungen mehrerer Kerne für Anwendung in Vielfachsystemen möglich.This means that several windings can be connected in parallel or in series Cores for use in multiple systems possible.

Vorteilhaft werden als magnetische Kreise mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife Ferritkerne verwendet.Are advantageous as magnetic circles with approximately rectangular Hysteresis loop uses ferrite cores.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als magnetische Kreise mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife dünne magnetische Schichten zu verwenden.However, there is also the possibility of carrying out the invention Method as magnetic circles with an approximately rectangular hysteresis loop to use thin magnetic layers.

Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Raumvielfachsystemen mit n Nachrichtenkanälen werden vorteilhaft die Einstellwicklungen und Abfragewicklungen von n Kernen in Reihe geschaltet.When the method according to the invention is used in multiple space systems with n message channels, the setting windings and query windings are advantageous of n cores connected in series.

Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Zeitvielfachsystemen mit n Nachrichtenkanälen werden zweckmäßig die Einstellwicklungen und die Ausgangswicklungen von n Kernen in Reihe geschaltet.When the method according to the invention is used in time division systems with n message channels, the setting windings are expedient and the output windings of n cores connected in series.

Nachstehend wird an Hand von fünf Abbildungen das erfindungsgemäße Verfahren näher dargestellt. Der Ringkern 1 der A b b. 1 erhält vier Wicklungen 2 bis 5 mit vorzugsweise je einer Windung.The invention is based on five figures Procedure shown in more detail. The toroidal core 1 of A b b. 1 receives four windings 2 to 5 with preferably one turn each.

Über die Wicklung 2 wird der Ringkern 1 mit einem der Amplitude des Signals proportionalem Strom erregt. Diese Erregung Ostg" ist so zu bemessen, daß ihr Scheitelwert den Wert 9'-7 (bzw. 7-8'), also den linearen Teil der Magnetisierungskennlinie in der A b b. 2 nicht überschreitet, wobei vorausgesetzt wird, daß die (0, n - 1)-Kurve des Ringkernes eine solche Form hat, daß die Erregung 6-8 größer ist als die Erregung 7-8'.About the winding 2 of the toroidal core 1 with one of the amplitude of the Signal proportional current excited. This excitation Ostg "is to be measured so that its peak value has the value 9'-7 (or 7-8 '), i.e. the linear part of the magnetization characteristic in the A b b. Does not exceed 2, assuming that the (0, n-1) curve of the toroidal core has such a shape that the excitation is 6-8 greater than the excitation 7-8 '.

Bei einer solchen Bemessung können bei alleiniger Erregung des Kerns durch das modulierende Signal keine irreversiblen Flußänderungen innerhalb des Kerns erzeugt werden. Irreversible Flußänderungen treten nur durch das Zusammenwirken des Signals mit einem Einstellimpuls ein. Dadurch ist es möglich, die Wicklung 2 ständig mit einem dem modulierenden Signal proportionalen Strom zu erregen, wie im folgenden erläutert wird.With such a dimensioning, only excitation of the core no irreversible flux changes within the core due to the modulating signal be generated. Irreversible flow changes only occur through the interaction of the signal with an adjustment pulse. This enables the winding 2 to constantly excite with a current proportional to the modulating signal, such as will be explained below.

Zu Beginn jeder Modulationsperiode habe der magnetische Fluß innerhalb des Kernes die Größe (-er), so daß der Arbeitspunkt je nach der augenblicklichen Amplitude des NF-Signals auf dem durch die Punkte 8 und 10 begrenzten reversiblen Teil der Magnetisierungsschleife liegt. Zusätzlich zu dieser durch das NF-Signal auf Wicklung 2 dauernd vorhandenen Erregung estg" wird nun durch einen geeignet bemessenen Einstellimpuls in der Wicklung 3 der Kern 1 so erregt, daß der magnetische Fluß - bei fehlendem NF-Signal - den Wert 0 (Punkt 7 in A b b. 2) erreichen würde. Durch die Überlagerung des Einstellimpulses mit dem Signal stellt sich im Ringkern 1 ein Fluß d 0 ein, der z. B. durch den Punkt 11 auf dem durch die Punkte 8 und 9 begrenzten Teil der Hysteresisschleife beschrieben wird. Nach Abklingen des Einstellimpulses liegt dieser Arbeitspunkt auf einer Verbindungslinie zwischen den Punkten 12 und 13. Während der Dauer des Einstellimpulses wird in der Ausgangswicklung 5 der A b b. 1 ein amplitudenmoduliertes Signal induziert, das durch die Diode 14 unterdrückt wird.At the beginning of each modulation period, the magnetic flux within the core has the size (-er) so that the operating point lies on the reversible part of the magnetization loop delimited by points 8 and 10, depending on the instantaneous amplitude of the LF signal. In addition to this excitation "estg", which is permanently present by the LF signal on winding 2, core 1 is now excited by a suitably measured setting pulse in winding 3 so that the magnetic flux - in the absence of an LF signal - has the value 0 (point 7 As a result of the superimposition of the setting pulse with the signal, a flux d 0 is established in the toroidal core 1, which, for example, passes through point 11 on the part of the hysteresis loop delimited by points 8 and 9 After the setting pulse has subsided, this operating point lies on a connecting line between points 12 and 13. During the duration of the setting pulse, an amplitude-modulated signal is induced in the output winding 5 of the A b b 1, which is suppressed by the diode 14.

Zur Erzeugung eines dauermodulierten Impulses wird der Kern 1 durch einen folgenden kurzen Abfragestromimpuls hoher Amplitude und umgekehrter, im Ausführungsbeispiel negativer Polarität in seinen Ausgangszustand (-0r) zurückmagnetisiert.To generate a duration-modulated pulse, the core 1 is through a following short interrogation current pulse of high amplitude and vice versa, in the exemplary embodiment of negative polarity is magnetized back to its initial state (-0r).

Die Bemessung der Amplitude des Abfrageimpulses erfolgt nach folgenden Gesichtspunkten. Die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit in einem ferromagnetischen Material folgt der bekannten Beziehung wobei S und e. Materialkonstanten darstellen. Die Erregung 0 setzt sich aus der Abfrageerregung OAbfr und der durch das Signal bedingten Erregung Osts" zusammen.The amplitude of the interrogation pulse is measured according to the following criteria. The rate of magnetization reversal in a ferromagnetic material follows the well-known relationship where S and e. Represent material constants. The excitation 0 is composed of the interrogation excitation OAbfr and the excitation east "caused by the signal.

Die Gleichung für die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit lautet dann Um eine konstante, von esfg" nahezu unabhängige Ummagnetisierungsgeschwindigkeit zu erzielen, muß also OAbfr sehr groß gegenüber Ostg" sein. Bei einer solchen Bemessung des Abfrageimpulses erfolgt der Ummagnetisierungsvorgang mit konstanter Ummagnetisierungsgeschwindigkeit, so daß das in Wicklung 5 induzierte Ausgangssignal bei konstanter Amplitude eine der Größe des umzumagnetisierenden Flusses d 0 proportionale Breite besitzt, wie die A b b. 3 zeigt. Da die Größe d 0, wie oben erwähnt, der Größe des zu modulierenden Signals proportional ist, wird auf eine sehr einfache Weise die Aufgabe der Pulsdauermodulation, d. h. die Umwandlung eines amplitudenmodulierten Signals in längenmodulierte Impulse gelöst.The equation for the rate of magnetization reversal is then In order to achieve a constant magnetization reversal rate that is almost independent of esfg ", OAbfr must be very large compared to Ostg". With such a dimensioning of the interrogation pulse, the magnetization reversal process takes place at a constant magnetization reversal speed, so that the output signal induced in winding 5 at constant amplitude has a width d 0 proportional to the magnitude of the flux to be magnetized, such as A b b. 3 shows. Since the size d 0, as mentioned above, is proportional to the size of the signal to be modulated, the task of pulse duration modulation, ie the conversion of an amplitude-modulated signal into length-modulated pulses, is achieved in a very simple manner.

Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Pulsbreitenmodulation in Raum- oder Zeitmultiplexsystemen, da neben einem zentralen Impulsgenerator nur ein Ringkern je Nachrichtenkanal erforderlich ist.This method is particularly suitable for pulse width modulation in Space or time multiplex systems, as there is only one in addition to a central pulse generator Ring core is required for each message channel.

In Raumvielfachsystemen mit n Kanälen können die Wicklungen 3 und 4 für n Kerne bei n Nachrichtenkanälen in Reihe geschaltet werden, wie die A b b. 4 zeigt. Die Eingangswicklungen 21,. bis 2" r und die Ausgangswicklungen 51 r bis 5"" mit den Dioden 141 r bis 14"r sind dagegen gesondert herausgeführt.In multiple space systems with n channels, the windings 3 and 4 can be connected in series for n cores with n communication channels, like the A b b. 4 shows. The input windings 21 ,. to 2 ″ r and the output windings 51 r to 5 ″ ″ with the diodes 141 r to 14 ″ r, on the other hand, are brought out separately.

In Zeitvielfachsystemen für n Kanäle können dagegen die Wicklungen 3 und 5 für n Kerne in Reihe geschaltet werden, wie es die A b b. 5 verdeutlicht. Hier ist neben der gemeinsamen Einstellwicklung 3 nur eine Ausgangswicklung 5 mit einer Diode 14 vorgesehen, während die Eingangswicklungen 21, bis 2" Z und die Abfragewicklungen 41 Z bis 4" Z getrennt herausgeführt sind.In time multiple systems for n channels, however, the windings 3 and 5 for n cores can be connected in series, as is the A b b. 5 clarifies. Here, in addition to the common setting winding 3, only one output winding 5 with a diode 14 is provided, while the input windings 21 to 2 "Z and the interrogation windings 41 Z to 4" Z are brought out separately.

Die Wicklungen 41 Z bis 4", werden beispielsweise aus einem Schieberegister mit zeitlich verschobenen Impulsen hoher Amplitude und negativer Polarität gespeist. Zur besseren Impulsformung kann an Stelle der Diode 14 auch eine Schmitt-Triggerstufe eingesetzt werden.The windings 41 Z to 4 ″ are made from a shift register, for example fed with time-shifted pulses of high amplitude and negative polarity. For better pulse shaping, a Schmitt trigger stage can also be used instead of the diode 14 can be used.

Claims

Claims: 1. A method for pulse duration modulation, in which a first of several windings surrounding a magnetic circuit with an approximately rectangular hysteresis loop is supplied with a current proportional to the amplitude of the input signal of such magnitude that the excitation does not exceed the reversible part of the hysteresis loop, and a second winding one A sequence of setting current pulses of such dimensions is supplied that, without the input signal, the flux passing through the magnetic circuit would at least approximately reach the value zero, and in which the superimposition of the setting current pulse sequence with the input signal results in a flux distribution analogous to the input signal, characterized in that on a further winding (4) an interrogation pulse with opposite polarity to the setting current pulse with such a large excitation amplitude (OAbfr) dimensioned as compared to the input excitation (East "") acts on the magnetic circuit t, that the magnetization reversal always takes place at a constant speed proportional to the excitation amplitude (OAbfr) and thereby an output pulse proportional in its width to the amplitude of the input signal is induced in an output winding (5) (Ab b. 2).

2. The method according to claim 1, characterized in that as magnetic circles with almost rectangular hysteresis loop ferrite cores can be used (A b b. 1).

3. The method according to claim 1, characterized in that that as magnetic circles with an approximately rectangular hysteresis loop, thin magnetic ones Layers are used.

4. The method according to claim 1, characterized in that when used in multiple space systems with n communication channels, the setting windings (3) and query windings (4) of n cores are connected in series (A b b. 4).

5. The method according to claim 1, characterized in that in one application in time division systems with n message channels, the output windings (5) of n cores are connected in series (A b b. 5). Considered publications: U.S. Patent Nos. 2,780,782, 2,983,881.