DE1297145B

DE1297145B - Einstellbare Spannungsquelle zum Erzeugen nichtlinear quantisierter Spannungswerte

Info

Publication number: DE1297145B
Application number: DEM75984A
Authority: DE
Inventors: Terry John Brian Chelmsford
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1967-10-24
Publication date: 1969-06-12
Also published as: SE337393B; NL6714444A; US3530386A

Description

Diese Nachteile vermeidet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Vielzahl nichtlinear quantisierter Spannungswerte mit einer im Vergleich zur Anzahl der zu erzeugenden Spannungswerte kleinen Anzahl von Konstantstromquellen zum

werte mit der von einer einstellbaren Spannungs- 10 Erzeugen von in großen Stufen gestaffelten Stromquelle gelieferten Spannung verglichen. Der Einstell- werten und ebenso vielen Schaltern zum Verbinden bereich der Spannungsquelle umfaßt eine Reihe fester der Ausgänge der Konstantstromquellen mit einem Werte, von denen bei jedem Vergleich mit einem ab- Summierwiderstand, die dadurch gekennzeichnet ist, getasteten Analogsignal die diesem nächstgelegene daß der Summierwiderstand verbunden ist mit dem Spannung zum Bilden eines Ausgangssignals verwen- 15 Ausgang eines Stromteilers, daß die Ausgänge keiner, det wird. Das erzeugte digitale PCM-Signal ist dann einer oder mehrerer der Konstantstromquellen mittels einfach ein von einer dem analogen Abtastwert entsprechenden Spannung abgeleitetes Signal. In PCM-Dekodiereinrichtungen wird eine gleichartige Spannungsquelle verwendet, die eine analoge, dem emp- 20 Schalters an den Eingang des Teilers geschaltet werfangenen digitalen PCM-Signal entsprechende Aus- den können, daß der Teiler so gesteuert werden kann, gangsspannung liefert.

In PCM-Systemen für die Übertragung von Sprachsignalen und solchen für die Programmübertragung

des ihnen jeweils zugeordneten Schalters parallel an den Summierwiderstand und der Ausgang einer der Konstantstromquellen mittels des ihm zugeordneten

daß von seinem Ausgang kein Strom oder ein bestimmter Teil des seinem Eingang zugeführten Stroms an den Summierwiderstand gelangt, und daß die

haben die Spannungsquellen für die Kodier- und De- 25 Summe der von der oder den an den Summierwider-

ki i

kodiereinrichtungen üblicherweise keinen linearen Verlauf mit gleich großen Einstellstufen, die Größe der Spannungsänderung von Stufe zu Stufe folgt vielmehr einem sogenannten Kompandierungsgesetz. Einige dieser Gesetze verlangen in Reihe vorbestimmter Spannungswerte, die auf einer Spannungskurve liegen, die ihrerseits aus einer Folge linearer Abschnitte besteht. Eine derartige Reihe vorgegebener Spannungswerte wird weiterhin als Spannungsstand geschalteten Konstantstromquellen und vom Teiler gelieferten Ströme am Summierwiderstand einen dem gewünschten Wert entsprechenden Spannungsabfall erzeugt.

Die von den Konstantstromquellen gelieferten unterschiedlichen Ströme sind so gestaffelt, daß der Strom der ersten Konstantsromquelle am Summierwiderstand einen Spannungsabfall erzeugt, der der Spannung des ersten Eckpunktes der Spannungskenn

kennlinie bezeichnet. Die Endpunkte der linearen ₃₅ ü_ni_e entspricht, und daß durch das Zuschalten der Abschnitte und damit die Eckpunkte der Spannungs- Ströme aus den in der Reihe folgenden Konstantkennlinie sind durch eine endliche geometrische Stromquellen nacheinander der Spannungsabfall am Reihe mit wachsender Gliederzahl für linear stei- Summierwiderstand den Spannungen der aufeinandergende feste Spannungswerte gegeben, während die folgenden Eckpunkte der Spannungskennlinie entzwischen den Eckpunkten liegenden Werte der Span- ₄₀ sprechen. Spannungswerte auf einem zwischen zwei nungskennlinie linear gestuft sind. Abweichend hiervon liegt der erste der linearen Abschnitte der Spannungskennlinie zwischen der Spannung 0 und dem
dem ersten Glied der geometrischen Reihe entsprechenden Spannungswert.

Durch die britische Patentschrift 982551 ist eine einstellbare Spannungsquelle für Digital-Analog-Umsetzer bekannt, in der eine Konstantspannungsquelle über einzeln einschaltbare, parallele Widerstände an

einem gemeinsamen Widerstand verschieden große 50 des Teilers gewonnen wird.

Spannungen erzeugt und die eine Anzahl in einer I_n einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-

geometrischen Reihe liegender Spannungswerte lie- dung entsprechen die Eckpunkte der Spannungskennfert. Dabei entsprechen die gelieferten Spannungswerte nur einigen wenigen Werten der eingangs beschriebenen Kennlinie, nämlich den Werten der Eck- 55 77 gleiche Teile, entsprechend n—l Spannungswerten punkte der geknickten Spannungskennlinie. Für die mit untereinander gleichem Abstand. Zum Erzeugen bei PCM-Kodier- und Dekodiereinrichtungen
üblicherweise geforderten sehr großen Anzahl verschiedener Spannungswerte wird der dafür notwendige Aufwand an Widerständen und insbesondere 60

Eckpunkten liegenden linearen Abschnitt der Spannungskennlinie werden dadurch erzeugt, daß dem Summierwiderstand unmittelbar aus einer oder mehreren Konstantstromquellen die Ströme zugeführt werden, die an ihm einen Spannungsabfall erzeugen, der der Spannung des Eckpunktes unmittelbar unterhalb der gewünschten Spannung entspricht, und zusätzlich ein geeigneter Teil des Stroms aus der in der Reihe folgenden Konstantstromquelle, der mit Hilfe

linie einer geometrischen Reihe, während ein linearer Abschnitt der Spannungskennlinie unterteilt ist in

Schaltern und Steuereinrichtungen untragbar groß. Noch größer wäre der Aufwand für eine denkbare Ergänzung der bekannten Schaltung, damit diese eine Reihe von Spannungswerten auf der eingangs beschriebenen mehrfach geknickten Spannungskennlinie zu liefern imstande ist. Zudem würden Erweiterungen zur Lieferung einer größeren Anzahl von Spannungswerten oder Ergänzungen zur Lieferung von Span-

dieser zwischen den Eckpunkten der Spannungskennlinie liegenden Spannungswerten ist der Teiler so aufgebaut, daß an seinem Ausgang je nach seiner gesteuerten Stellung Ströme von 0 bis des seinem

Eingang zugeführten Stroms zur Verfügung stehen.

Zwischen die parallelgeschalteten Ausgänge der Konstantstromquellen und des Teilers einerseits und dem Summierwiderstand andererseits oder zwischen den beiden Enden des Summierwiderstandes einerseits und dem Ausgang der Schaltungsanordnung kann fallweise ein Inverter eingefügt werden, durch

den im ersten Fall durch das Umkehren der Stromrichtung durch den Summierwiderstand, im zweiten Fall unmittelbar die Polarität der Ausgangsspannung umgekehrt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Spannungskennlinie der beschriebenen Art als Beispiel,

F i g. 2 den Übersichtsschaltplan einer erfindungsgemäßen einstellbaren Spannungsquelle.

In der Darstellung der beispielhaften Spannungskennlinie in F i g. 1 ist die Ordinate unterteilt in 64 Amplitudenstufen von 0 ... 64, während die Abszisse Spannungswerte angibt. Die Spannungsalle Kontakte b im gezeichneten Ausführungsbeispiel über den Inverter/ mit einem Ende des Summierwiderstandes R. Die Kontakte α aller Schalter 51... 58 sind verbunden mit dem Eingang des Teilers T, dessen Ausgang ebenfalls über den Inverter / zum ersten Ende des Summierwiderstandes R führt. Das zweite Ende des Summierwiderstandes R liegt an Masse. Die Ausgangsleitungen 3 sind mit je einem Ende des Summierwiderstandes R verbunden. Der ίο Teiler T hat mehrere Steuereingänge 1 und der Inverter / einen Steuereingang 2.

Die Wirkungsweise der einstellbaren Spannungsquelle zum Erzeugen der gewünschten Spannung entsprechend der Spannungskennlinie nach F i g. 1 ist kennlinie gibt die gewünschten Ausgangsspannungen ig wie folgt:

einer einstellbaren Spannungsquelle für die Verwen- Der Wert des Gesamtstroms /, der durch Paralleldung in Verbindung mit PCM-Kodier- und Dekodier- schalten der Ausgänge aller Konstantstromquellen einrichtungen an. Die Spannungen entsprechen den erreicht wird, ist so gewählt, daß durch ihn am Sumzu vergleichenden oder wiederzugebenden Analog- mierwiderstand ein Spannungsabfall enstprechend der werten, die Amplitudenstufen den in digitaler Form 20 Spannung des Eckpunktes H entsteht. Der Strom der zu übertragenden oder empfangenen PCM-Signalen. Konstantstromquelle/8 bewirkt am Summierwider-Die Figur zeigt nur die Hälfte des in den PCM-Ko- stand R einen Spannungsabfall entsprechend der dier- bzw. Dekodiereinrichtungen verwendeten Span- Spannung des Eckpunktes A und die Ströme der nungsbereiches; nicht dargestellt ist der Bereich Konstantstromquellen/8 und /7 einen Spannungsnegativer Spannungen, spiegelbildlich zu den gezeig- 25 abfall entsprechend der Spannung des Eckpunktes B ten positiven Spannungen. usw.

Die Kennlinie besteht aus acht linearen, die Punkte Durch fortschreitendes, stufenweises Zufügen der

O, A, B ... H verbindenden Abschnitten, wobei die von den Konstantstromquellen gelieferten unterEckpunkte A ... H in einer geometrischen Reihe mit schiedlichen Ströme, beginnend mit dem Strom der dem Faktor 2 liegen. Jeder der geraden Abschnitte 30 Konstantstromquelle/8 kann jede der den Eckpunkist durch sieben weitere Spannungswerte in acht ten A, B, C, D, E, F und G entsprechenden, in geogleiche Unterabschnitte geteilt. metrischen Stufen ansteigenden Spannungen erzeugt

Im angenommenen Beispiel besteht das PCM-Si- werden. Da im gezeigten Schaltungsbeispiel der gnal aus sieben Bits, von denen das erste als Polari- Schalter 51 keinen Kontakt ft hat, kann die Kontätsbit ein Kennzeichen für die Polarität des analogen 35 stantstromquelle /1 Strom nicht unmittelbar, sondern Abtastwertes überträgt, während die restlichen sechs nur über den Teiler T an den Summierwiderstand R Bits in kodierter Form die Amplitudenstufe des zu abgeben, so daß eine dem Punkt H der Spannungsübertragenden Analogwertes kennzeichnen. Mit sechs
Bits können 64 verschiedene Zustände gekennzeichnet werden. Da die zu übertragenden Amplituden- 40 Zum Erzeugen einer der Spannungen auf dem gestufen auch den Pegel 0 enthalten, ergibt sich ein raden Abschnitt 0—A der Spannungskennlinie, ohne

die dem Punkt A entsprechende Spannung, wird der Schalter 58 in die Stellung α gebracht, so daß der Strom der Konstantstromquelle /8 dem Teiler T zugeführt wird. Der Teiler T hat acht Stufen und wird gesteuert durch Signale an den Eingängen 1. Er liefert an den Summierwiderstand R entweder den Strom Null oder bis zu sieben Achtel des Stroms aus der Konstantstromquelle/8 und erzeugt dadurch am

Spannung nicht verwendet wird, ist die Spannungs- 50 Summierwiderstand R einen Spannungsabfall der gequelle zum Erzeugen dieser Spannung nicht einge- wünschten Größe.

Um die Spannung entsprechend dem Punkt A zu erzeugen, wird der Schalter 58 in die Stellung ft gebracht und damit der Strom der Konstantstromquelle 55/8 dem Summierwiderstand R unmittelbar zugeführt. Spannungswerte auf dem geraden Abschnitt A—B, ohne die dem Punkt B entsprechende Spannung, werden dadurch erzeugt, daß der Strom der Konstantstromquelle/7 über den Teiler T und ein Teil von

kennlinie entsprechende Spannung nicht erzeugt werden kann.

übertragbarer Pegelbereich von 0 bis zur Stufe 63, so daß die dem Eckpunkt H der Spannungskennlinie entsprechende Amplitudenstufe 64 nicht verwendet wird.

F i g. 2 zeigt als Übersichtsschaltplan eine einstellbare Spannungsquelle zum Erzeugen einer Reihe der Kennlinie nach F i g. 1 entsprechender fester Spannungswerte. Da die dem Punkt H entsprechende

richtet, sie könnte jedoch durch eine einfache Änderung hierfür vorgesehen werden.

Die Schaltungsanordnung enthält acht Konstantstromquellen /1... /8, die Ströme mit dem

64

128

und

2 4 8 16 32 64 128 /

liefern, wobei / der gesamte Strom ist, der beim

Parallelschalten der Ausgänge aller Konstantstrom- 60 Null bis sieben Achtel dieses Stroms zum Summierquellen geliefert wird. Der Ausgang jeder der Kon- widerstand R geführt und in diesem zu dem unmittelstantstromquellen ist verbunden mit dem Dreharm bar dem Summierwiderstand R zugeführten Strom eines ihm zugeordneten Schalters 51... 58. Die aus der Konstantstromquelle/8 addiert wird.
Schalter 52 ... 57 haben drei feste Kontakte a, b Die Spannung entsprechend dem Punkt B wird er- und c. Der Schalter 51 hat zwei feste Kontakte α 65 zeugt, indem auch der Schalter 57 in die Stellung ft und c und der Schalter 58 ebenfalls zwei feste Kon- gebracht und dabei die vollen Ströme der Konstanttakte α und ft. Die Kontakte c aller Schalter 51... 57 Stromquellen /7 und /8 auf den Summierwiderstand sind mit einer sogenannten »Stromsenke« verbunden, parallel geschaltet sind.

In gleichartiger Weise können Spannungen entsprechend jeder beliebigen Amplitudenstufe, die auf einem linearen Abschnitt zwischen zwei auf der geometrischen Kurve liegenden Werten liegen, gewonnen werden, indem die vollen Ströme der Konstantstromquellen, die zum Erzeugen einer dem unteren Eckpunkt des linearen Abschnittes entsprechenden Spannung notwendig sind, dem Summierwiderstand R unmittelbar zugeführt werden und zu diesen ein geeigneter, im Teiler gewonnener Teil des Stroms der in der Reihe nächstfolgenden Konstantstromquelle zugefügt wird.

Die Konstantstromquellen /1... /8 und der Teiler T liefern Ströme einheitlicher Richtung, und es entstehen beim unmittelbaren Anschluß dieser Stromquellen an den Summierwiderstand R an diesem Spannungen mit einer einheitlichen Polarität. Zum Erzeugen von Spannungen entgegengesetzter Polarität kann entweder, wie in Fig. 2 dargestellt, vor dem Summierwiderstand R ein die Stromrichtung umkeh- ao render Inverter / eingefügt oder dem Summierwiderstand R ein die Polarität umkehrender Inverter nachgeschaltet werden.

Die Schalter 51... 58, der Teiler T und der Inverter / werden durch eine nicht dargestellte logische Schaltung gesteuert.

Für die Konstantstromquellen, den Teiler und den Inverter können beliebige geeignete Schaltungen verwendet werden. Die Schalter 51... 58 können elektronisch oder mechanisch arbeiten.

Die Werte der von den Konstantstromquellen gelieferten Ströme können frei gewählt werden, so daß ihre Stufung jeder beliebigen geometrischen Reihe entsprechen kann. Auch die Art der Abstufung und die Anzahl der Stufen des Teilers sind frei wählbar. Bei einer Abstufung des Teilers nach einer geometrischen Reihe können nicht nur die allein von den Konstantstromquellen bestimmten, sondern auch alle in Verbindung mit dem Teiler erzeugten Zwischenwerte einer geometrischen Reihe entsprechen. Durch eine feinere Stufung des Teilers kann die Anzahl der von der Spannungsquelle gelieferten Werte ohne großen Mehraufwand vergrößert werden.

In ähnlicher Weise können die von den Konstantstromquellen gelieferten Ströme auch so gewählt werden, daß die von ihnen unmittelbar ohne zusätzlichen Teiler gelieferten Spannungen nicht in einer geometrischen Reihe, sondern auf einer fallweise gewünschten anderen Spannungskurve liegen, sei es für PCM-Kodier- oder Dekodiereinrichtungen oder für andere in Verbindung mit einer einstellbaren Spannungsquelle arbeitende Geräte.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einei Vielzahl nichtlinear quantisierter Spannungswerte, insbesondere zur Verwendung in Kodier- und Dekodiereinrichtungen von Pulskodemodulations-Systemen, bestehend aus einer im Vergleich zur Anzahl der zu erzeugenden Spannungswerte kiel·· nen Anzahl von Konstantstromquellen zum Erzeugen von in großen Stufen gestaffelten Stromwerten und ebenso vielen Schaltern zum Verbinden der Ausgänge der Konstantstromquellen mit einem Summierwiderstand, dadurchgekennzeichnet, daß der Summierwiderstand (R) verbunden ist mit dem Ausgang eines Stromteilers (T), daß die Ausgänge keiner, einer oder mehrerer der Konstantstromquellen (/1... /8) mittels des ihnen jeweils zugeordneten Schalters (51... 58) parallel an den Summierwiderstand (R) und der Ausgang einer der Konstantstromquellen (71... /8) mittels des ihm zugeordneten Schalters (51... 58) an den Eingang des Teilers (T) geschaltet werden können, daß der Teiler (T) so gesteuert werden kann, daß von seinem Ausgang kein Strom oder ein bestimmter Teil des seinem Eingang zugeführten Stroms an den Summierwiderstand (R) gelangt, und daß die Summe der von der oder den an den Summierwiderstand (R) geschalteten Konstantstromquellen (/1... /8) und vom Teiler (T) gelieferten Ströme am Summierwiderstand einen dem gewünschten Wert entsprechenden Spannungsabfall erzeugt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die gewünschten Spannungswerte auf einer aus mehreren geraden, aneinander anschließenden, linearen Teilstücken verschiedener Neigung bestehenden Kennlinie liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der von den fallweise parallelgeschalteten Konstantstromquellen (71... /8) gelieferten Ströme am Sümmierwiderstand (R) einen den Eckpunkten (A ...H) der geknickten Kennlinie entsprechenden Spannungsabfall erzeugt und daß die Summe des von den fallweise parallelgeschalteten Konstantstromquellen (71... /8) und vom Teiler (T) gelieferten Ströme am Summierwiderstand (R) einem auf einem linearen Teilstück der Kennlinie liegenden Wert entsprechenden Spannungsabfall erzeugt.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Konstantstromquellen (71... 78) gelieferten Ströme so gestaffelt sind, daß die möglichen Summenströme aus mehreren Konstantstromquellen am Summierwiderstand (R) Spannungsabfälle erzeugen, deren Werte einer geometrischen Reihe entsprechen.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprühcen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fallweise parallelgeschalteten Konstantstromquellen (71... 78) in der Staffelung der von ihnen erzeugten Ströme unmittelbar aufeinanderfolgen und daß der Teiler (T) von der Konstantstromquelle gespeist wird, die in der Staffelung der erzeugten Ströme unmittelbar auf die parallelgeschalteten Konstantstromquellen folgt.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Teilers (T) η verschiedene, linear

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abgestufte Stromwerte von 0 bis des ihm zugeführten Stroms zur Verfügung stehen.

6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die fallweise paralllelgeschalteten Ausgänge der Konstantstromquellen (71... 78) und des Teilers (T) und dem Ausgang (3) der Anordnung ein die Polarität umkehrender Inverter (I) eingefügt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen