DE1276716C2

DE1276716C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer mit drei verschiedenen Pegelwerten auftretenden Signalfolge in eine entsprechende, mit zwei verschiedenen Pegelwerten auftretende Signalfolge

Info

Publication number: DE1276716C2
Application number: DE1965X0000045
Authority: DE
Inventors: Donald Edward Mack
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1964-12-17
Filing date: 1965-12-07
Publication date: 1974-05-09
Also published as: GB1064620A; US3621141A; NL143397B; NL6516217A; DE1276716B; FR1460339A; NO121346B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer mit drei verschiedenen Pegelwerten auftretenden Signalfolge, bestehend aus Impulsen mit wechselnder Polarität, nahezu gleicher Amplitude und nahezu gleicher Breite und aus zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen mit im wesentlichen auf Nullpotentbl liegenden Übergangsbereichen, in eine entsprechende, mit zwei verschiedenen Pegelwerten auftretende Signalfolge, deren Übergänge vom jeweils einen Pegelwert zum jeweils anderen Pegelwert durch die Impulse der erstgenannten Signalfolge bestimmt werden.

Signale, die mit zwei verschiedenen Pegelwerten auftreten, dienen häufig dazu, Informationsdaten in binärer oder allgemein in digitaler Form darzustellen. Bei der Übertragung derartiger digitaler Daten von einer Sendestelle zu einer Empfangsstelle sind nun häufig aui die Übertragungseigenschaften des die Sendestelle mit der Empfangsstelle verbindenden Übertragur.gsmediums besondere Rücksichten zu nehmen. So sind insbesondere Maßnahmen zu treffen, um die jeweils zu übertragenden Daten vor einer Verfälschung durch Störimpulse zu schützen, die sich den jeweils übertragenen digitalen Daten hinzuaddieren. Zu diesem Zweck überträgt man häufig nicht die in der Sendestelle zunächst zur Verfugung stehende Folge der mit zwei verschiedenen Pegelwerten auftretenden Signale, sondern man setzt zunächst diese Signalfolge in eine mit drei verschiedenen Pegelwerten auftretende Signalfolge, bestehend aus Impulsen mit wechselnder Polarität und nahezu gleicher Amplitude und nahezu gleicher Breite und aus zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen liegenden Ubergangsbereichen mit einer mittleren Amplitude, um. Diese für die übertragung besser geeignete Folge von Signalen wird dann von der Sendestelle zu der Empfangsstelle hin, die von der Sendeslelle viele tausende Meilen entfernt liegen kann, übertragen. In der Empfangsstelle sind dann Maßnahmen zu t reif en, um die mit drei verschiedenen Pegelwerten auftretende Signalfolge in eine der ursprünglichen, mit zwei verschiedenen Pegelwerten auftretenden Signalfolge entsprechende Signalfülgc umzuwandeln.

Um die Umwandlung einer Dreipegel-Signalfolgc in eine entsprechende Zweipegel-Signalfolge vorzunehmen, könnten z. B. zwei Schwellenwertschaltungen verwendet werden, deren eine beim Auftreten von Impulsen der einen Polarität und deren andere beim Auftreten von Impulsen der anderen Polarität jeweils ein Ausgangssignal abgibt. An die Ausgänge der beiden Schwellcnwertschaltungen wäre eine bi-

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stabile Kippstufe mit ihren beiden Eingängen anzuschießen, wobei von einem Ausgang der beiden Kippstufenausgänge dann die gewünschte Zweipel_Signalfolge abnehmbar wäre. Einer solchen Lölung haftet jedoch der Nachteil an, daß auch Störim-Dulse relativ leicht eine Umsteuerung der bistabilen Kippstufe bewirken und somit zu einer Verfälschung der übertragenden Daten führen könnten.

Der Erfindung liegt demgemäß die Autgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie eine mit drei verschiedenen pegelwerten auftretende Sisnulfolge in eine entsprechende Signalfolge umgewandelt werden kann, ohne daß die der zuvor betrachteten Lösung anhaftenden Nachteile mit in Kauf ger...nimcn werden müssen. Gelöst wird diese Aufgabe mit Hilfe eines Verfahrens zur Umwandlung einer r.iit d-ei \·.:- schiedencn Pegelwerten auftretenden Siünalfy'gc, bestehend aus Impulsen mit wechselnder Poi-rität, nahezu gleicher Amplitude und nahezu gleicher Breite nnd aus zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen ao mit im wesentlichen auf Nullpotential liegenden Ubereangsbereichen in eine entsprechende, ηΉ zwei verschiedenen Pegelwerten auftretende S^na'tV^e, deren Übergänge von jeweils einen Pegelv.en ium jeweils anderen Pegelwert durch die impuls der erstgenannten Signalfolge bestimmt werden, dadurch, daß durch die aufeinanderfolgenden Impulse ein Kondensator mit einem eine der Polarität und Amplitude des jeweiligen Impulses entsprechende Polarität und Amplitude besitzenden Strom gespeist wird und daß die am Kondensator liegende Spannung mittels einer Schwellenwertschaltung ausgewertet wird. deren Schwellenwert durch den mittleren Spannungswert der am Kondensator liegenden Spannungen bestimmt wird, so daß die Schwellenwertschaltung ein Signal mit einer ersten Amplitude abgibt, wenn die Kondensatorspannung den Schwellenwert überschreitet und ein Signal mit einer zweiten Amplitude abgibt, wenn die Kondensatorspannung den Schwellenwert unterschreitet.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auf relativ einfache Weise die gewünschte Umwandlung der Dreipegel-Signalfolge in eine entsprechende Zweipegel-Signalfolge bei relativ hohem Störpeeelabsiand vornehmbar ist, nämlich einfach durch Aufladung eines Kondensators auf die jeweils auftretenden Impulse hin und Auswertung der Polaritätswechsel der an dem Kondensator jeweils liegenden Spannung. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es auf relativ einfache Weise möglich ist, den Störpegelstand zu erhöhen. Erreicht wird dies gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch, daß die aus den einzelnen Impulsen gewonnene Signalfolge im Sinne einer verzögert wirkenden Mitkopplung auf Kondensator dem durch ihren Schwellenwert festgelegten Spannungswert überschreitet, und die, euiM-gnal mit einer zweiten Amplitude von ihrem Ausgang abgibt, wenn die Spannung an dejn Kondensator den durch ihren Schwellenwert festgelegten Spannung* wert unterschreitet. Hierdurch ergibt uch ^d« *°_" teil, daß mit relativ geringem schaltungstechnischem Aufwand eine Umwandlung einer Drapegel-Signalfolge, bestehend aus Impulsen ^ ^"l^her ritäi, nahezu gleicher Amplitude und nahezu gleiter Breite und aus zwischen aufeinanderfolgenden Im pulsen liegenden Übergangsbereichen mit emer nunleren Amplitude, in eine entsprechende Zweipegel Signalfolge, bestehend aus Signalen zweier ve«chie dener Pegehverte, durchführbar ist. Es brauchen nämlich nur ein einfacher Stromgenerator, ein Kondensator und eine Schwellenwertschaltung vorgesehen

zu werden. , . , pj;,,.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der trim dung ergeben sich nachstehend an Hand der Beschreibung in den Zeichnungen dargestellter Einzel

^ieF?g. 1 zeigt den Verlauf einer typischen Binärsignalfolge.; . . "Fig. 2a und2b zeigen der in Fig. l ten Bmärsignalfolge entsprechende Df" ¹⁰¹ITg. 3 zeigt die Wellenform der Fig. 2b, nachdem sie mit geeigneten Integratoren integriert wor^deFi^Si^: 4 zeigt in einem Blockschaltbild eine Schaltungsano.dnung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens; . ...

Fig. 5 zeigt diese Schaltungsanordnung in nahe

^n SiffSeine Binärsignalfolge dargestellt, die von eine? Sendestelle zu einer Empfangsstelle hm zu übertragen ist. F i g. 2 α zeigt eine der_m F ig. 1 dar gestellten Signalfolge entsprechende Signalfolge.wie sie von einem Datenwandler der allgemein gebrauch Hohen Art abgegeben wird, nachdem diesem die m F g1 dargestellte Signalfolge zugeführt worden „ Jed; Anstiegsflanke der in Fig. 1 /argesteU en S-gnalfolge ist dabei durch einen positiven Impuls deti SS« Amplitude und Impulsbreite ^aseijtiert, jede Rückflanke der in F i g. 1 ■dargeste ^n ^Slg^ folge ist durch einen negativen Impuls gleicher Am nlitude und gleicher Impulsbreite repräsentiert. Die η Fig. 2a dargestellte Signalfolge weist wie er^{m lfe}· - · ^b ■· -'-- pegelwerte auf. Sie entImpulse gleicher Ampli-Breite über einer gegebenen zuvor aufgezeigte Umkodierung der in Fig. 1 dargestellten, mit zwei verschiedenen aermiig. - _b ^^ Signalfolge in die in it drei verschiedenen Pegel-

gende Impulse ansteuerbaren Stromgenerator enthält, der einen Kondensator mit einem der Polarität und der Amplitude des jeweiligen Impulses entspiechenden Strom lädt, wobei an dem Kondensator eine Schwellenwertschaltung mit ihrem Eingang angeschlossen ist, die von ihrem Ausgang em zu der au die aufeinanderfolgenden Impulse hm abzugebenden Folge von Signalen gehörendes Signal mit einer ersteilΓ Amplitude abgibt, wenn die Spannung an dem

bezeichnet _erwähnten Umkodicrung,

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entsprechend der F i g. 2 a ^ ^ ^^ _entweder

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Wellenform entspricht, welche an einem Empfänger für die Daten in Abwesenheit eines Geräuschpegels auftritt. Die Funktion des Empfängers der Daten ist, die Wellenform der Fig. 2b in die Wellenform der Fig. 1 zuückzuwandeln. Die Signalimpulse der Fig. 2b sollten so zuverlässig wie möglich von Geräuschimpulsen abgetrennt sein und sowenig wie möglich Phasenunregelmäßigkeiten aufweisen.

Die übliche Art und Weise, ein Signal der in Fig. 2b dargestellten Art zu dekodieren, besteht darin, die Zeiten anzuzeigen, zu denen der absolute Wert der Signalspannung den Spannungswert durchläuft, der der Hälfte der Spitzenspannung in zunehmender Richtung entspricht. Dieses Durchlaufen des der halben Spitzenspannung entsprechenden Spannungswertes wird als Anzeige für das Vorliegen eines Dikodesignals verwertet. Der Wert der halben Spitzenspannung wird deshalb gewählt, um die beste Unempfindlichkeit gegenüber Geräuschen zu erhalten. Beispielsweise kann ein positiver Dikodeimpuls so selbst dann erkannt werden, wenn gleichzeitig ein negativer Geräuschimpuls vorliegt, solange der Geräuschimpuls eine Amplitude hat, welche kleiner ist als die Hälfte der Amplitude des Dikodesignalimpulses. Entsprechend wird ein Geräuschimpuls erzeugt, solange seine Amplitude nicht mindestens halb so groß ist wie ein echter Signalimpuls. Bei dieser Art der Zählung wird zwischen den Signalimpulsen und den Geräuschimpulsen lediglich auf Grund der Amplitudengröße unterschieden. Es ist jedoch auch möglich, eine verbesserte Auszeichnung des Geräuschpegels dadurch vorzunehmen, daß mm die Signaiimpulse und Geräuschimpulse auf der Basis der Impulsenergie voneinander unterscheidet an Stelle einer Unterscheidung nach ihrer Impulsamplitude. Auf diese Weise wird eine größere Unempfindlichkeit gegenüber den Wirkungen der Geräuschimpulse erzielt, die eine große Momentanamplitude haben, jedoch in bezug auf den Signalimpuls von kurzer Dau^i sind.

Fig. 3 zeigt die Dikodewellenform der Fig. 2b, nachdem sie mit geeigneten Integratoren integriert worden ist. Diese integrierte Wellenform liefert ein Maß für die Impulsenergie. Genauer gesagt, die Energie ist proportional dem Zeitintegral des Quadrats der Signalspannung, doch ist es nicht notwendig oder wünschenswert, die Wellenform des Signals zu quadrieren. Man kann erkennen, daß die Impulsspitzen der F i g. 2 b praktisch den Mittelpunkten der Wellenform nach Fig. 3 entsprechen. Ein Mittelpunkt entspricht der halben Energie des Impulses der Fig. 2b und liefert ein geeignetes Kriterium für die Bestimmung des Vorliegens eines Signalimpulses. Verläuft die Wellenform der Fig. 3 symmetrisch zum Null-Potential, dann zeigt jeder Durchgang durch Null in der F i g. 3 einen empfangenen Dikodeimpuls an. In F i g. 3 ist eine gestrichelte Linie eingezeichnet, um ein mittleres oder Erdpotential anzuzeigen. Im allgemeinen wird der integrierte Wert willkürlicher kurzer Geräuschimpulse nicht ausreichen, um einen Null-Durchgang der Wellenform von F i g. 3 zu bewirken und als falscher Impuls gezählt zu werden.

F i g. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltanordnung, die für die Durchführung des oben vorgeschlagenen Dekodierschemas verwendet werden kann. Das Dikodesignal, welches an der Eingangsleirung9 auftritt, wird zunächst durch einen automatischen Steuerverstärker 10 geschickt, um Verstärkungsveränderungen der Übertragungsschaltung zu kompensieren und um ein Signal mit gleichförmigen Impulsamplituden zu liefern. Der nächste Schritt besteht darin, das Signal zu integrieren. Dies kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Der übliche Weg besteht darin, die Wellenform der Eingangsspannung in eine entsprechende Stromwellenform zu konvertieren und diesen Strom einem Kondensator zuzuführen. Ein hoher Widerstand wird eine Spannung unter geeigneten Bedingungen in einen Strom umwandeln, dargestellt ist jedoch ein Verstärkern, dessen Verhältnis von Ausgangsstrom zu Eingangsspannung von der Ausgangsspannung unabhängig ist. Dieser Strom von dem Verstärker 11 wird einem integrierenden Kondensator 12 zugeführt, um eine Wellenform der in F i g. 3 dargestellten Art zu erzeugen. Diese Welle wird dann einer Schwellenwertschaltung 13 zugeführt, um an der Ausgangsleitung 14 ein Zweipegelsignal zu erzeugen, welches dem nach Fi g. 1 entspricht. Der Ausdruck Schwellenwertschaltung wird in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen für eine Schaltung verwendet, die zwei Ausgangspegel aufweist, einen für Eingangssignale unter einem Schwellenwert und den anderen für Eingangssignale oberhalb des gleichen Schwellenwertes. Eine Schmitt-Trigger-Schaltung ist eine im allgemeinen übliche Ausführungsform einer solchen Schwellenwertschaltung 13. Ein einfacher Transistorverstärker in Emitterschaltung kann ebenfalls als Schwellenschaltung verwendet werden, da das Potential seines Kollektors entweder gleich dem Emitterpotential oder gleich der Kollektorspeisespannung ist, je nachdem, ob das Basispotential größer odei kleiner ist als das Emitterpotential. Allerdings gibt es hierbei einen Bereich des Basispotentials, innerhalb dessen das Kollektorpotential nicht stufenweise, sondern linear anspricht; doch ist es möglich, diesen begrenzten linearen Arbeitsbereich zu vernachlässigen und einen Transistor mit geerdetem Emitter oder ähnliche Vorrichtungen als geeignete Schwellenwertschaltungen im Sinne dieser Beschreibung anzusehen. Die bisher beschriebene Schaltung liefert eine gute Aussonderung willkürlich eintretender Geräuschsignale aus den oben angegebenen Gründen. Doch kann eine Reihe von kleinen Geräuschimpulsen derselben Polarität von dem Kondensator 12 bis zu einem Potential oberhalb des Schwellenwertes der Schaltung 13 integriert werden; sie liefern ein falsches Ausgangssignal, obwohl die Amplitude oder die Energie der einzelnen Geräuschimpulse wesentlich geringer ist als die eines echten Impulses. Um eine Unempfindlichkeit gegenüber der genannten Art von Geräuschimpulsen zu erhalten, ist ein Rückkopplungskreis 15 vorgesehen, der einen Rückkopplungsstrom an den Kondensator 12 in einem positiven Sinn von dem Ausgang der Schwellenwertschaltung 13 liefert. Die Wirkungsweise des Rückkopplungskreises 15 besteht darin, das Potential des Kondensators 12 auf seinen vorhergehenden Wert nach jedem Geräuschimpuls zurückzustellen. Das heißt, das Potential des Kondensators 12 wird auf einen von zwei spezifischen Werten, die von der Schwellenwertschaltung 13 und dem Rückkopplungskreis 15 bestimmt sind, zurückgestellt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Differenz zwischen dem Zweipegel-Ausgangssignal und der Spannung am Kondensator 12 integriert und zu der Spannung am Kondensator 12 addiert wird.

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Begrenzungsfunktion, weiche von den Transistoren Ql und Q2 ausgeübt wird, ersetzen. Mit anderen Worten, die Transistoren Q1 und Q 2 können an Spannungen liegen, die höher sind als die des Transistors Q 6, oder die Amplitude des Eingangssignal kann nach dem Obengesagten vermindert werden. F i g. 5 zeigt einen speziellen Betriebszustand, in dem an den Transistoren Ql, Ql und Q6 die gleichen Spannungen liegen. Das Eingangssignal an die Transistoren Q1 und Q 2 kann derart eingestellt werden, daß sein integrierter Wert am Kondensator 12 ange-

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nähert gleich dem der Speisespannungen an den Transistoren Ql, Ql und Q6 ist, und zwar vorzugsweise etwas darüber liegt.

Die Schaltung nach F i g. 5 ist eine voll betriebsfähige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sie hat den Vorteil, daß sie im Vergleich zu einer Dateneinstellschaltung mit dem üblichen Spannungsvergleich eine Geräuschminderung von etwa 2db aufweist. Die Verbesserung der Geräuschunterdrükkung hängt von der speziellen Art der Geräuschspannungen, welche auftreten, ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umwandlung einer mit drei verschiedenen Pegelwerten auftretenden Signalfolge, bestehend aus Impulsen mit wechselnder Polarität, nahezu gleicher Amplitude und nahezu gleicher Breite und aus zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen mit im wesentlichen auf Nullpotential liegenden Ubergangsbereichen, in eine entsprechende, mit zwei verschiedenen Pegelwerten auftretende Signalfolge, deren Übergänge vom jeweils einen Pegelwert zum jeweils anderen Pegelwert durch die Impulse der erstgenannten Signalfolge bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die aufeinanderfolgenden Impulse ein Kondensator (12) mit einem eine der Polarität und Amplitude des jeweiligen Impulses entsprechende Polarität und Amplitude besitzenden Strom gespeist wird und daß die am Konden- ^ao sator (12) liegende Spannung mittels einer Schwellenwertschaltung (13) ausgewertet wird, deren Schwellenwert durch den mittleren Spannungswert der am Kondensator liegenden Spannungen bestimmt wird, so daß die Schwellenwertschaltung ein Signal mit einer ersten Amplitude abgibt, wenn die Kondensatorspannung den Schwellenwert überschreitet, und ein Signal mit einer zweiten Amplitude abgibt, wenn die Kondensatorspannung den Schwellenwert unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (12) durch einen Verstärker (11) mit Strom gespeist, wird, dessen Verhältnis von Ausgangsstroni zur Eingangsspannung von der Ausgangsspannung unabhängig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den einzelnen Impulsen gewonnene Signalfolge im Sinne einer verzögert wirkenden Mitkopplung auf den Kondensator (12) zurücke;ekoppelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Kondensator (12) liegende Spannung symmetrisch um einen festen absoluten Spanr.ungswert begrenzt wird.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die aufeinanderfolgenden Impulse ansteuerbarer Stromgenerator (11) vorgesehen ist, der einen Kondensator (12) mit einem der Polarität und der Amplitude des jeweiligen Impulses entsprechenden Strom lädt, und daß an den Kondensator (12) eine einen Schwellenwert besitzende Schwellenwertschaltung (13) mit ihrem Eingang angeschlossen ist. die von ihrem Ausgang ein zu der auf die aufeinanderfolgenden Impulse hin abzugebenden Folge von Signalen gehörendes Signal mit einer ersten Amplitude abgibt, wenn die Spannung an dem Kondensator (12) den durch ihren Schwellenwert festgelegten Spannungswert überschreitet, und die ein Signal mit einer zweiten Amplitude an ihren Ausgang abgibt, wenn die Spannung an dem Kondensator (12) den durch ihren Schwellenwert festgelegten Spannungswert unterschreitet.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Schwellenwertschaltung (13) über einen Rückkopplungskreis (15) mit dem Kondensator (12) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungskreis (15) eine Reihenimpedanz {R 8) aufweist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kondensator (12) ein symmetrisch wirkender Begrenzer (Q 3, Q 4) verbunden ist.