-
Es ist bereits ein Verfahren zur Dekodierung eines PCM-Signals bekanntgeworden,
bei dem während der Dauer der Impulse eines PCM-Wortes ein Kondensator mit einem
eingeprägten Strom geladen und während der Impulslücken entladen wird. Die resultierende
Endspannung des Kondensators ist der dekodierte Analogwert. Dieses als Shannon-Dekodierer
bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß nur solche PCM-Wörter dekodiert werden
können, bei denen der Binärwert linear mit dem Analogwert verknüpft ist. Die PCM-Impulse
müssen außerdem in der Reihenfolge steigender Wertigkeit aufeinanderfolgen und eine
sehr genau definierte Breite besitzen, ferner muß die Periodendauer sehr exakt stimmen.
-
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird ein auf einen festen Anfangswert
aufgeladener Kondensator über nacheinander angeschaltete, den Impulswertigkeiten
entsprechende Widerstände entladen. Hierbei ist ebenfalls die Kondensatorspannung
der dekodierte Analogwert. Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Wertigkeitsfolge
der PCM-Impulse vorgeschrieben ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die
Zahl der benötigten Normalien sehr groß ist und daß sie sehr genau stimmen müssen.
-
Ein weiterer bekannter Dekodierer ist der Bewertungsdekodierer. Bei
diesem wird das Analogsignal durch die Paralleladdition von der Wertigkeit der PCM-Impulsstellen
entsprechenden Spannungen oder Strömen und anschließender nichtlinearer Umwandlung
entsprechend der gewünschten Dekodiervorschrift in einem Momentanwertexpander erzeugt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine Vielzahl von genauen Normalien erforderlich
ist und daß ein aufwendiger Momentanwertexpander eingesetzt werden muß.
-
Ein weiteres Dekodierverfahren ist in der Zeitschrift »Frequenz«,
20 (1966), Nr. 6, S. 182 bis 189, beschrieben. Hierbei sind zwei Dekodiereinrichtungen
mit je einem RC-Glied vorgesehen, wobei der Kondensator in der einen Dekodiereinrichtung
auf die maximale positive und in der anderen Dekodiereinrichtung auf die maximale
negative Aussteuerungsamplitude aufgeladen wird. Vor Beginn der Entladung der RC-Kurve
wird der im Empfangsschieberegister befindliche Leitungskode einschließlich Polaritätsbit
, abgefragt. Der reine Kode mit den Wertigkeiten 0 bis 5 wird als Anfangsbedingung
in einen Zähler übernommen. Die Abfrage des Polaritätsbits bewirkt die Ansteuerung
der Dekodiereinrichtung mit der maximalen positiven bzw. negativen Aussteuerungs-
; amplitude, wobei mittels eines Schalters eine sehr genau einzuhaltende Spannung
der entsprechenden Polarität angelegt wird. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird ein
weiterer Schalter geschlossen, und die Entladung des Kondensators beginnt. Erreicht
der ; Zähler die Nullstellung, so wird die Entladung durch Öffnen dieses Schalters
unterbrochen. Das PCM-Signal wird also in einen PDM-Impuls umgewandelt, wobei während
des PDM-Impulses ein Schalter geschlossen ist. Es ist beim gegenwärtigen Stand der
Technik f praktisch nicht möglich, dies technisch zufriedenstellend zu realisieren,
weil die Schließzeit des Schalters nicht konstant ist. In der genannten Literaturstelle
ist auch kein Hinweis hierzu gegeben.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren f anzugeben, durch
dessen Anwendung die Nachteile der bekannten Dekodierer vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das PCM-Signal
in einen PPM-Impuls umgewandelt wird und daß während der für jedes beliebige PCM-Wort
gleichen Dauer des PPM-Impulses eine sich vom Bezugszeitpunkt für den PPM-Impuls
ab stetig linear bzw. nichtlinear ändernde Spannung abgetastet wird, deren Momentanwert
zum Zeitpunkt des PPM-Impulsendes den Analogsignalwert darstellt und daß dieser
Momentanwert in einem Speicher gespeichert wird.
-
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung besteht in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens aus einem linearen
PCM-PPM-Wandler, einem periodisch geschalteten Funktionsgenerator für die Erzeugung
der sich stetig ändernden Spannung, einem vom PPM-Impuls gesteuerten Abtasttor zur
Bestimmung des Momentanwertes und einem Endwertspeicher.
-
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können PCM-Wörter mit
beliebiger Wertigkeitsfolge o der Impulse dekodiert werden, und die Umwandlung kann
sowohl linear als auch nichtlinear gemäß einer beliebigen Dekodiervorschrift erfolgen.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat außerdem den Vorteil, daß wenig Normalien
erforderlich sind.
-
An Hand der Figuren soll die Erfindung im nachstehenden näher beschrieben
und erläutert werden Es zeigt F i g.1 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 2 das zugehörige Zeitdiagramm,
F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Einzelheiten,
F i g. 4 das Schaltbild des in F i g. 3 verwendeter erfindungsgemäßen Funktionsgenerators,
F i g. 5 ein Zeitdiagramm, F i g. 6 a, 6 b ein RS-Flip-Flop mit Wahrheits. tabelle,
F i g. 7 a, 7 b ein JK-Flip-Flop mit Wahrheits > tabelle.
-
Das Blockschaltbild nach F i g.1 dient zusammen mit dem zugehörigen,
in F i g. 2 dargestellten Zeit diagramm zur Erläuterung des Verfahrens nach de:
Erfindung. Die erfindungsgemäße Schaltungsanord nung ist in F i g.1 in einzelne
Baugruppen aufgeglie dert, diese sind der Taktgeber 11, der PCM-PPM Wandler 12,
die Vorzeichenerkennung 13, der Funk tionsgenerator 15, der Start-Stop-Impulserzeuger
1' zum Ein- und Ausschalten des Funktionsgenerators das Abtasttor 16 und der Endwertspeicher
17. Die zi dekodierenden PCM-Wörter bestehen aus je ach Binärimpulsen, von denen
der erste die Polarität uni die folgenden sechs, beispielsweise in invertierte Form
mit fallender Wertigkeit, den Betrag des ent sprechenden Analogsignals darstellen,
während de achte Impuls Signalisier- und Synchronisierzweeke dient und in einer
anderen nicht dargestellten Schal tung ausgewertet wird. Das Zeitdiagramm nach F
i g. umfaßt zwei aufeinanderfolgende Zeitspalte n un, n -I- 1. Die erste Zeile dieses
Zeitdiagramms zeigt de: Taktimpuls, der in jedem Zeitspalt acht Takte um faßt und
die Taktzeiten 1 bis 8 markiert. In de Zeile 2 ist im Zeitspalt n als Beispiel für
ein PCM Wort das PCM-Wort 11000111 dargestellt. Der erst Impuls des PCM-Wortes kennzeichnet
das Vorzeiche und bedeutet im gezeigten Beispiel, daß der Analog wert positive Polarität
hat. Sein Betrag ergibt sich au den folgenden sechs Impulsen (100011), die als invei
tierte
Binärimpulse den Wert 28 darstellen. Der diesem PCM-Wert entsprechende PPM-Impuls
ist in Zeile 3 im Zeitspalt n + 1 dargestellt. Weiter zeigt Zeile 4 die Ausgangsspannung
des Funktionsgenerators für den Fall positiver Polarität, Zeile 5 die abgetastete
Spannung und den gespeicherten Endwert im Zeitspalt n + 1, wobei der
im Zeitspalt n gespeicherte Wert als 0 angenommen wurde, sowie Zeile 6 den
PAM-Impuls am Ausgang der Anordnung.
-
F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
in Einzelheiten. Die zentrale zeitliche Steuerung des Dekodierers erfolgt durch
den aus dem Taktpulsgenerator 111 und dem Taktimpulsverteiler 112 bestehenden Taktgeber.
Der Taktpulsgenerator wird von den ankommenden PCM-Impulsen synchronisiert, er erzeugt
in bekannter Weise Taktimpulse 30, die zu allen Taktzeiten den Wert 0 und sonst
den Wert 1 besitzen. Der Taktimpulsverteiler gibt an einem Ausgang den Puls 35 und
an einem anderen Ausgang den Puls 38 ab. Der Puls 35 hat in den Taktzeiten
5 den Wert 0 und sonst den Wert 1, während der Puls 38 in den Taktzeiten 8 den Wert
0 und sonst den Wert 1 aufweist. Der Zeitverlauf dieser Pulse ist im Zeitdiagramm
der F i g. 5 wiedergegeben.
-
Der lineare PCM-PPM-Wandler besteht im wesentlichen aus dem Schieberegister
121, dem Zähler 123 mit überlaufstufe, den dazwischen angeordneten Torschaltungen
122, dem Zählimpulsgenerator 124 und dem JK-Flip-Flop 128. Die Stufen
des Schieberegisters und des Zählers sowie die Torschaltungen 122 und die
Flip-Flops haben jeweils zwei Ausgänge Q und U, deren Ausgangsspannungen zueinander
komplementär sind, dabei sind die Ausgänge Q nicht invertiert und die Ausgänge Q
invertiert. Der Zählimpulsgenerator erzeugt zwei zeitlich gegeneinander um 180°
versetzte Impulsfolgen 41 und 42, wobei die eine Impulsfolge 41 als Zählimpulsfolge
und die andere Impulsfolge 42 als Hilfsimpulsfolge zum phasenrichtigen Einschalten
der Impulsfolge 41 dient. Mit der Zählimpulsfolge 41 werden außerdem noch die ersten
vier Stufen 7 bis 4 des Zählers 123 voreingestellt, damit in diesen ersten Stufen
während des Zählvorgangs keine Zeitverzögerung eintritt.
-
Zur Erläuterung der Wirkungsweise eines RS-Flip-Flops nach F i g.
6 a dient die Wahrheitstabelle der F i g. 6 b. Ein RS-Flip-Flop hat zwei Eingänge,
die entsprechend ihrer Funktion als Setzeingang S und als Rücksetzeingang R bezeichnet
sind. In der Wahrheitstabelle der F i g. 6 b soll durch die Zeichen A, A und B,
R in den beiden unteren Zeilen symbolisiert werden, daß bei gleichen Spannungen
an den beiden Eingängen die Ausgangsspannungen unbestimmt, aber zueinander komplementär
sind.
-
Die Wahrheitstabelle der F i g. 7 b dient zur Er- ; läuterung der
Wirkungsweise eines JK-Flip-Flops nach F i g. 7 a. Es hat vier Eingänge K1, K2 und
71, 72, wobei die Eingänge K1 und K2 gleichwertig sind und gegeneinander vertauscht
werden können. Ebenso verhält es sich mit den Eingängen 71 und J2. In der i Wahrheitstabelle
der F i g. 7 b kann in jeder Zeile für das Zeichen A entweder 1 oder 0 und für das
Zeichen Ä der entsprechende komplementäre Wert gesetzt werden. An Stelle der Zeichen
B, C, D und E kann jeweils 0 oder 1 stehen.
-
Die zu dekodierenden PCM-Impulse werden synchron mit den Taktimpulsen
30 während der Taktzeiten 1 bis 7 in die sieben Stufen des Schieberegisters
121 eingeschrieben, diese sind nach den entsprechenden PCM-Wertimpulsstellen
bezeichnet. In die Stufe 1 wird dabei das Vorzeichen eingeschrieben, und dementsprechend
wird von dieser Stufe aus die Vorzeichenerkennung gesteuert. Diese stellt über die
beiden Noderschaltungen 131 und 132 sowie mittels des RS-Flop-Flops 133 die Polarität
der vom Funktionsgenerator 15 abzugebenden Spannung ein.
-
Zur Taktzeit 8 ist gerade ein PCM-Wort mit Ausnahme des nicht auszuwertenden
achten Impulses eingespeichert, und der Taktimpuls 38 unterbindet in diesem
Augenblick über die Übergabeschaltung 125
das weitere Einlaufen von PCM-Impulsen
in das Schieberegister 121. Außerdem steuert er die, übernahmeschaltung 122 an,
wodurch die Stufen 2 bis 7 des Schieberegisters 121 den Zähler 123 einstellen und
dessen als Stufe 1 bezeichnete Überlaufstufe auf Null gesetzt wird.
-
Im gleichen Zeitpunkt steuert der Taktimpuls 38
mit seiner Rückflanke
auch das RS-Flip-Flop 127 b
an, wodurch, synchronisiert durch die Impulsfolge
42,
über die Noderschaltung 126b und das RS-Flip-Flop 127 a
die Noderschaltung 126 a für die Zählimpulse 41 durchlässig wird und
der Zähler 123 bei dem vom Schieberegister 121 übernommenen Zählerstand,
beginnend über das Ansprechen der Überlaufstufe hinaus bis zur Zählerstellung 73,
weiterzählt. Bei dieser Stellung wird über das JK-Flip-Flop 128, die Noderschaltung
126 c und das RS-Flip-Flop 127 a die
Noderschaltung 126a
wieder gesperrt.
-
Zu Beginn des Zählvorganges liegt der Ausgang Q des JK-Flip-Flops
128 auf Null, und das Abtasttor 16
ist undurchlässig. Spricht beim
Erreichen des Zählerstandes 64 die überlaufstufe des Binärzählers an, so wird über
den Eingang T 1 das JK-Flip-Flop 128 auf 1 gesetzt, d. h., die Ausgangsspannung
an seinem Ausgang Q wechselt von 0 auf 1. In diesem Augenblick wird dadurch das
Abtasttor 16 geöffnet, dies ist der Beginn des PPM-Impulses. Beim Zählerstand 72
springt der Ausgang Q der Stufe 4 des Zählers 123 wieder von 1 auf 0 und bereitet
über den Eingang K2
das JK-Flip-Flop 128 zum Zurückklappen auf 0 vor, was
beim darauffolgenden Zählimpuls 42 über K1
endgültig erfolgt. Dadurch
ist das Ende des PPM-Impulses exakt bestimmt, das Abtasttor 16 wird wieder undurchlässig.
-
Auf diese Weise wird erreicht, daß das Abtasttor für jeden Zyklus
gleich lang geöffnet ist. Dies ermöglicht eine einfache wechselstrommäßige Ankopplung
des Abtasttores an die PPM-Impulse, weil deren Gleichstrommittelwert unabhängig
vom Signal ist. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
gegenüber den bekannten Dekodierverfahren.
-
Die beschriebene PCM-PPM-Umwandlung ist keineswegs auf die im Beispiel
angenommene Reihenfolge der PCM-Impulse angewiesen, weil die Ausgänge der übernahmeschaltung
122 in beliebiger Folge mit den Setzeingängen der Stufen des Zählers 123 verbunden
werden können. Es kommt auch nicht darauf an, ob die PCM-Impulse in invertierter
oder nicht invertierter Form vorliegen, weil außerdem auch die invertierenden und
die nicht invertierenden Ausgänge des Schieberegisters 121 vertauschbar sind.
-
Das Abtasttor 16 ist zwischen dem Funktionsgenerator 15 und dem Endwertspeicher
17 angeordnet. Während der Öffnungszeit des Abtasttores wird die vom Funktionsgenerator
erzeugte Spannungskurve
abgetastet, und der Endwertspeicher speichert
den beim Abschalten des Abtasttores erreichten Wert der Spannung. Dieser Wert ist
der Analogwert des PCM-Impulswortes.
-
Die Impulsfolge 42 bewirkt auch das Einschalten des Funktionsgenerators.
Dies muß gegenüber dem Zählbeginn verzögert erfolgen, und zwar muß die Verzögerungszeit
gleich sein der Dauer eines PPM-Impulses, vermindert um die halbe Periodendauer
des Zählpulses. Das Einschalten erfolgt daher in der Mitte des Intervalls zwischen
dem achten und neunten Zählimpuls. Der erste Zählimpuls bewirkt das Umklappen des
RS-Flip-Flops 141, wodurch nun über die Noderschaltung 142 die Impulsfolge 42 in
den als Verzögerungsglied wirkenden Verzögerungszähler 143 gelangt. Dieser gibt
nach genau acht Zählaktperioden eine Spannung ab, die das JK-Flip-Flop 144 zum Einschalten
vorbereitet. Es ist über die Noderschaltung 142 durch die Impulsfolge 42 synchronisiert
und klappt genau mit dem neunten Impuls um, der am Ausgang der Noderschaltung 142
erscheint. Dadurch wird der Funktionsgenerator 15 gestartet. Nach dem Ende der maximal
möglichen Zählzeit wird das JK-Flip-Flop 144 durch den Taktimpuls 35 wieder zurückgesetzt
und dadurch der Funktionsgenerator wieder gestoppt. Der Taktimpuls 35 schaltet gleichzeitig
über den Inverter 145 das RS-Flip-Flop 141
wieder zurück, wodurch die
Noderschaltung 142 undurchlässig wird; außerdem löscht er den Verzögerungszähler
143.
-
Der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung des Funktionsgenerators
hängt allein von der Dekodiervorschrift ab. Verlangt die Dekodiervorschrift eine
lineare Dekodierung, so ist beispielsweise eine steigende oder fallende Zägezahnspannung
erforderlich. Bei dem beschriebenen Dekodierer ist die Dekodiervorschrift die Exponentialgleichung
Dabei ist x der dekodierte Analogwert, y der Binärwert der PCM-Betragsimpulse, dividiert
durch den um 1 erhöhten maximal möglichen Binärwert; dy der Wert 0,5 dividiert durch
den um 1 erhöhten maximal möglichen Binärwert, ,u eine Konstante.
-
Eine dieser Vorschrift entsprechende exponentiell ansteigende Funktion
kann mit Hilfe eines Kondensators und eines kurzschlußstabilen negativen Widerstandes
erzeugt werden. Vor Beginn der Funktion ist der Kondensator kurzgeschlossen. Es
ist jedoch nur mit großem Aufwand möglich, mit einem elektronischen Schalter einen
genügend störspannungsfreien und niederohmigen Kurzschluß herzustellen. Der erfindungsgemäße
Funktionsgenerator vermeidet diesen Nachteil. Er wird durch eine Ringschaltung aus
einem Leerlauf stabilen negativen Widerstand, einer Spannungsquelle wählbarer Polarität,
einer Spule Sp und einem Schalter S 1 verwirklicht. Die Anwendung einer Spule bietet
den Vorteil, daß nur ein hochohmiger und störstromfreier Leerlauf erforderlich ist,
der mit einer gesperrten Siliziumdiode sehr einfach realisiert wird. Zum Starten
des Funktionsgenerators wird dieser Stromkreis mit dem Schalter S1 geschlossen
V
und nach dem Ende der maximal möglichen Dekodierzeit unterbrochen. Der Schalterwiderstand
vermindert den Betrag des negativen Widerstandes und wird eingeeicht. Als Spannungsquelle
wirkt ein kleiner von einem eingeprägten Strom durchflossener Widerstand r; mit
dem Schalter S2 wird die Polarität der am Widerstand r abfallenden Spannung abhängig
von der gewünschten Polarität der Ausgangsspannung durch Umschaltung der Richtung
des eingeprägten Stromes eingestellt. Der Leerlauf stabile negative Widerstand ist
durch einen über die Widerstände R 2, R 3 spannungsgegengekoppelten und über den
Widerstand R 1 strommitgekoppelten Differentialverstärker D V verwirklicht. Die
Ausgangsspannung des Funktionsgenerators wird am Strommitkopplungswiderstand R 1
abgenommen und über einen Trennverstärker TV dem Abtasttor zugeführt.
-
Ein Kodierer, der der angegebenen Dekodiervorschrift gehorcht, kann
auch dadurch verwirklicht werden, daß der Zähler nicht mit dem invertierten Binärwert,
sondern mit dem echten Binärwert eingestellt wird, und daß der Funktionsgenerator
eine exponentiell abklingende Ausgangsspannung erzeugt. Mit einer solchen Schaltung
würde man zwar den negativen Widerstand vermeiden können, man müßte jedoch dafür
den Nachteil in Kauf nehmen, daß die Dekodierung des kleinsten Analogspannungswertes
die größte Zählzeit und damit die größte Unsicherheit mit sich bringt, weil sich
ein Zeitkonstantenfehler dort am stärksten auswirkt.