DE1462695A1 - Analog-Digitalwandler,insbesondere fuer Mehrkanal PCM - Google Patents

Description

Belegexemplar Darf nictrt §efndett werden

Dipl.-Ing*Hein» Olaeesen
Patentanwalt

7 3tuttgart-¥,Rotebühlstr.70

A.E.J.Chatelon-16
ISVHeg.3435

IHTERNATIONAI, STANDARD ELECTRIC CORK)RATIOH,Hew York «Analog-Digitalwandler, insbeeondere für Mehrkanal PCM«

Die Priorität der Anmeldung PV 25 372 vom ολ τ ,_οίϊ frankreioh wird in Anspruch genommen? ²¹·?·1965 in

Bei der Analog-Digitalwandlung, die insbeeondere bei der

i:t:f^Od^^UOnjy — *« *«·. ·** «wei Mögliohk,

Rookkopplungsoodierung und eine Codierung ¹Wr, bei der tin zu oodlerender Spa gleichgemacht wird, deren Wert die

ZoT T
zanloodierung bekannt

in einem RUokkopplung.oodl.rey.tem Y.rgl.loht »an die A

TZ 7 · ^dle " ^d'^a ^*¹⁰"« 1— londeneator. S einer Spannung, die «an ..ta _B.oodier.₀ einer in ein Seglet« .£

handelt.

15.7.1966
Ti/Ro

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Bei der Zeitmodulationsoodierung rergleioht man dae su codierend· Signal alt einer Sägegahnspanming (oder einer Treppenspannung), deren Steuerung mit der des Impulsgenerators synchronisiert ist« Dieser Generator steuert einen Zähler und arbeitet solange, bis die au Tergleiohenden Amplituden den gleichen Vert haben· Die Maximale Amplitude» die die Sägezahnspannung einnehmen kann, entspricht der maximalen Amplitude des su oodierenden Signale· und ist duroh die größte Zahl gekennselohnet, die der Zähler darstellen kann. Unter diesen Bedingungen stellt die Zahl, die in dem Zähler beim Sperren des Generators eingespeichert ist, den codierten Wert P der su oodierenden Spannung dar· Die Bauer der Codierung ist dabei unterschiedlich und proportional sur Amplitude des su oodierenden Signalee· Bei einer Zeitmultiplexoodierung 1st sie außerdem proportional aur Zahl der Kanäle.

Diese swei Methoden haben eine gemeinsame Charakteristik, dafi jede· su codierende Analogsignal einmal je Wiederholungsperlode Tl abgetastet und dann in einem Kondensator gespeichert werden muA, wosu Stromkreise nötig sind, deren Realisierung sohwierlf 1st, wenn der Coder eine bestimmte Zahl τοη analogen Spannungen τοη unterschiedlichen Quellen im Zeitmultiplex rorarbeitcn soll« Wenn die Codi·» geschwind ig Ice it groB 1st, ergibt sieh da· Problem dee Übersprechen» »wie oh en benachbarten Kanälen, da nur eine kurse Zeit oar Entladung des Kondensators verfügbar ist, beror der näohete abgetastete Wert in ihm gespeichert wird»

Im allgemeinen 1st de Periode TB In m Spraehkanäls aufgeteilt, von denen m - 1 für die Übertragung τοη Oodewerten entsprechend m - 1 analogen Spannungen vorgesehen sind, während der Ie te te Kanal für al· Übertragung ein·· bestimmten Codes, nämlleh des Bjafthronlal·*- seiohens rorgesehen ist· Bei einer SerienUbertragumg 1st dl· Übertragung β geschwindigkeit deshalb (m χ n)/TI Ziffern je S»k. Dleeer Aue druck ist offensichtlich von dsa verwendeten Oodierrerfahren unabhängig·

Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde,. einen Analog-DigitalvaisV ler su eohaffen, bei dem Analogsignale mit einer mit der Zeit ansteigenden Spannung verglichen werden, während des Yergleichsvor-

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gang·· «la IiKUr glelehformlg fortgoehaltet wird und bei Gleichheit Ton Analogsignal und Y^rgleiohespannung der lähleretand übertrafen wird» inebseonder· Zählooder fur Hehrkanal-POH.

B«l dl···« »oll kein Übersprechen swlsohen benachbarten Kanälen BUgIloh β·1η· 2&·· wird erfindungegemäfl daduroh erreioht, daß In tin·» «ratan S«ltabsehnltt dl· Ate ?«rgl«lohe«pannung parallel an ·1η·η j· Kanal vorhandenen Yergloioher angelegt wird, an dem β tändig da· su «edierend· Analogsignal anliegt» daß »ei Gleichheit der lählerstamd in einem dem jeweiligen Kanal lugeordneten ersten Spel-•her ttsertragan wird, und daft in «in·« iweiten Zeitabeohnitt der Inhalt der «raten Speloher in «weite Speioher übertragen wird, au· denen dl« Informationen während de· darauffolgenden β ret en Zeitabeohnitt·· fttr dl· übertragung in der gewttnaohten Pom ausgelesen werden·

Sie Irflndung wird nun anhand de· in den beiliegenden Zeichnungen dargeetellten AuefUnrungebeiepiel«e näher erläutert. Se aeigenι

fig*1 T9J*««hledene Byabole» dl« in des Sohaltblld naoh ?ig.5 rerwendet elmd|

fig .2 ·1η· Vied«rhe)lungap*riod· de· Besugeeignalee und fig·3 dl· Bohaltung «in·· Coder· gemäB der Erfindung.

Tor d«r Beeehreib\ing der erfindungageaäSra Anordnung sollen luerat anhand der Flg.1 die Bedeutungen ron rereohiedenen besonderen Symbolen, dl· in Fig.3 Terwendet werden, beeohrieben werden· In der fig«1a let eine Gruppe von mehreren Leitern, hier Tier Leiter» darg··teilt. In der fig·Iv 1st eine UID-Sohaltung mit sw«i Eingängen 90a und 90s dargestellt9 die über den Ausgang 9Oo ein Ausgangesignal abgibt» wann dl· Steuersignale gleiohieitig an beide Eingänge angelegt sind· In der fig.1« 1st eine Yielfaoh-UHD-Sohaltung dargestellt, die hl«r im Beispiel Tier HID-Sohaltungen enthält» τοη denen ein Eingang mit jedem der Leiter 91» Terbunden 1st und deren swelter Eingang mit einer gemeinsamen Leitung 91b Terbunden let. Me in Fig.1d dargestellte ODSR-Sohaltung gibt ein Signal Über den Ausgang 92o ab, wenn wenigstens 1 Signal an einen der Eingänge 92a oder 92b angelegt let. Die flg.ie stellt einen Zähler mit Kippschaltungen dar, an den man Vorwärtβimpulsθ über den Eingang 93a anlegt und der bis zur Zahl 8 zählt. 80-98 11/06 11

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Wenn der Zähler im reinen Binärcode oder im Gray-Code arbeitet, enthält der Zähler drei Kippschaltungen, deren Informationen auf der Gruppe von drei Leitungen 93b zur Verfügung steht. In der Fig.if ist ein Decoder dargestellt, der im Beispiel einen dreiziffrigen Binärcode, der über die Leitungsgruppe 93c angelegt wird, in einen 1 aus 8 Code umwertet, d.h. ein Signal erscheint nur auf einer der acht Leitungen, wenn ein Code an den Eingang angelegt wird· In der Fig.1g ist ein Frequenceteilkreis dargestellt, der die Frequenz um den Faktor 3 teilt. In der Fig«1h ist eine bistabile Kippschaltung dargestellt, an die ein Steuersignal über einen der Eingänge 94-1 oder 94-0 angelegt wird, um sie in den Zustand 1 oder den Zustand 0 zu kippen« Eine Spannung von gleicher Polarität wie das Steuersignal liegt entweder am Ausgang 95-1, wenn die Kippschaltung im Zustand 1 ist oder am Ausgang 95-0, wenn die Kippschaltung im Zustand 0 ist. Bei einer mit B1 bezeichneten bistabilen Kippschaltung ist die logische Bedingung, die angibt, daß sie im Zustand 1 ist, mit B1 bezeichnet und diejenige, die anzeigt, daß sie im Zustand 0 ist, mit IT.

Der erfindungsgemäße Coder verwendet als Bezugs spannung eine Sägezahnspannung oder eine treppenförmige Spannung, deren Anstiegszeit kleiner oder gleioh der Dauer einer Wiederholungsperiode minus der Zeit für einen Kanal ist.

In der Fig.2 ist eine Wiederholungsperiode TR des BezugssignaJLee dargestellt, das als Beispiel aus einer Sägezahnspannung besieht, deren Maximale Amplitude Vs » Eo ist, wenn man mit Eo die Maximalamplitude des zu codierenden Signales bezeichnet. In dieser Figur sind ι

f'1 und T "I* die Anstiegs- und Abfallezeit der Sägezahnspannung f«2 »SE - TM

11 die Übertragungszeit der Codezeichen von den a-1 Analogsignalen tau T2 die Zelt für die Übertragung des Synohronisiercodes·

Per Amplitudenbereich zwischen O und Vs ist in 2n stufen für eine Codierung in η Ziffern aufgeteilt, so daß man erhältι

TM = 2¹¹X ta (1)

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In dieser Gleichung bezeichnet ta die Dauer der Wiederholungsperiode für die Impulse, die an den Zähler angelegt werden, der den die zu codierenden Spannungen darstellenden Code liefert· Man nimmt jetzt ϊ'2 » D χ ta (2)

dabei ist D eine ganze Zahl. Weiterhin hat man

Ϊ1 - (m-1) xn χ tb (3)

12 « η χ tb (4)

dabei bezeichnet tb die Dauer einer Ziffer mit TR » m χ η χ tb.

Wie man daraus entnehmen kann, muß man haben»

IM^ T1 (5)

wenn IM < 11 muß man haben T»2 > 12 (6)

wenn TM * 11 muß man haben T"1 £ 12 (7)

Wenn Pm die maximale frequenz der zu codierenden Signale bezeichnet, muß die Dauer einer Wiederholungsperiode seinι

1/TH > 2 Pm (8)

Man erkennt, daß die Codierung in korrekter Weise in den großen Grenzen des Paktors TM/11 gebildet werden kann, unter der Bedingung, daß dieser gleich oder kleiner 1 ist und daß die oben gegebenen Ungleichheiten beachtet werden.

Es soll jetzt als Beispiel ein Coder beschrieben werden, mit dem m-1 analoge Signale in Binärzahlen mit η «8 Ziffern codiert werden können, bei dem die folgenden Bedingungen bestehent

TM < T1 und m χ η > Λ

In der Fig .3 ist das Blookschema eines Coders gemäß der Erfindung dargestellt. Dieser enthältι

den Signalgenerator AG, den Sägezahngenerator SG, die Yergleioher Gruppe OM, die Speicher Gruppe MR, die die Speicher MR1 und MR2 enthält und

den Kreis zur Einfügung des Synchronisationscodes, der mit CS bezeichnet ist.

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In den Signalgenerator AG steuert dier Impulsgenerator A, der ständig arbeitet, über Frequenzteiler £1 bzw, B2 das Weitereohalten der Binärzähler C1 und 03. Wenn man mit ρ und q. die Faktoren der Frequenzteilung in diesen Kreisen bezeichnet, die ganze Zahlen sind, erfüllen diese die folgende Bedingung, in der die Zeiten ta und tb nach den 01·(1) bis (4) definiert aindt

Der Zfihler 01 hat eine Kapazität von ο Ziffern mit 2°«n, so daß ■an im Ausführungsbeispiel bei 0*3 den viert n»8 erhält« Die an seinen drei Ausgängen auftretenden Signale werden an den Decoder W D1 angelegt, der n»8 Ausgänge hat, auf denen die Bitsignale auftreten, die mit ti bis t8 bezeichnet sind· Der Zähler 02, der eine Kapazität von b Ziffern mit 2 «m hat, wird durch die Signale t8 gesteuert und der mit ihm verbundene Decoder D2 hat ■ Ausgänge, auf denen die Kanalsignale 71, V2,. ..,Y(m-1), Ym auftreten« Die von den Decodern D1 und D2 abgegebenen Signale legen eine Wiederholungeperiode TR fest, die m ζ η Bit enthält.

Der ünäraähler 03 hat eine Kapazität von n-8 Ziffern und seine Auegangssignale werden an einen Decoder D3 angelegt, der so ausgebildet ist, daß er nur dann ein Ausgangs signal abgibt, wenn der Zähler den Wert 0 hat·

f Dieses Signal wird genauso wie das Signal das Kanales T1 an die ,Eingänge einer Kippschaltung angelegt, so daß diese ein Signal F in dem Intervall zwischen dem Beginn der Kanalzeit Y1 und der Abgabe des Wertes 0 vom Zähler 03 abgibt«

Dieses reohteokförmige Signal F wird verwendet, um die Erzeugung der Sägezahnspannung in dem Sägezahngenerator 80 zu steuern, dessen Dauer TM ist (s.Pig,2). Generatoren zur Erzeugung einer Sägezahnspannung, in denen die Anstiegszeit durch ein reohteckförmlges Signal begrenzt sind, sind allgemein bekannt und werden deshalb nicht beschrieben« Da ΤΊ < T1 und m χ η > 2¹¹ gewählt ist, hat man die Zeit TB - TM zur Verfügung, um die Sägezahnspannung wieder abfallen zu lassen«

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Die Gruppe der Tergleioher CM enthält (m-1) Vergleioher K1,M2,..., M(m-1), die über einen ersten Eingang die Sägesahnspannung empfangen, die tob Sägesalmgenerator SO Ober «einen Ausgang Ba abgegeben wird. Jeder der Yergleloher empfängt auf seinem «weiten Eingang eines der su codierenden Analogsignale 11» H2,...,V (v-1) und gibt auf seinem Ausgang 81» 82,··., S (*-1) ein Signal ab, wenn die rergliohenen Spannungen identisch sind·

9er Vergleich wird also ständig durchgeführt. Da man die Wiederholungsfrequens 1/fH der Sägezahnspannung so gewählt hat, daß sie mindestens doppelt so groß ist wie die höohete Freauens des «u oodierenden Signalee (s.Ungleichung 7), gibt der Vergleioher höchstens ein Signal je Wiederholungsperiode ab·

Wenn ein Signal der Prequens 1/TS und der MaTl mal amplitude Io codiert wird, erhält man diese Bedingung bei

Bo 6 (i/1f) . (TS/TR).VS (10)

Wenn der Coder für Sprachsignale in einem Telefonnets verwendet wird, für den man s-.B. 1/fE « 8 kB* gewählt hat, ist die Ungleichung (10) erfüllt, wenn die Dämpfung für die Maximal freemen« 1/fSK» 3,4 kBs um 2,5 dB unter der Dämpfung für die geringste Frequenz liegt· Diese Bedingung wird in einem Xelefonnets stets erfüllt, insbesondere infolge der Charakteristik der Mikrofone. Wenn man die frequenz 1/fSM ohne Dämpfung übertragen will, kann man z.B. luerst das erste Ergebnis des Vergleiches in jeder Wiederholungeperiode wählen oder die Dauer TM der Sägezahnspannung rerringern·

Die Speiohergruppe enthält die matriseaföraig aufgebauten Speicher MR1 und MH2, die alle beide m-1 Seilen haben, um die Binärwerte der m-1 Signale aufsunehmen und η Spalten, um die η Ziffern aufzunehmen.

Die Ton der gruppe der Vergleicher CM abgegebenen Signale SV, 82,·.., S (m-1) abgegebenen Signale werden an den Speiöher MR1 angelegt, um das Einschreiben des im Augenblick des Auftretens der Signale im Zähler 09 anstehenden Cobs su steuern· Das Einsohreiben kann nur während der Seit TM stattfinden, die dureh das Signal 7 festgelegt ist (Mehrfaoh-UHD-Schaltung Fa).

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Code «teilt die Amplitude des Sägesahnsignales dar» da der Zähler 03, der diesen Code abgibt, während der gleichen Zeit ΤΊ 2¹¹ unterschiedliche Zustände einnimmt (Signal Ϊ, das an die UID-Sohaltung Po in dem Signalgenerator AS angelegt wird).

Sie Einspeioherung in diesen speioher HR1 geschieht dureh Oinsidens der iwei Signale. Das Signal lur Auswahl der Zeilen, das an den Eingang WL angelegt wird, wird duroh die Signale S1 bis S (m-1) gebildet und das Signal but Auswahl der Spalten, das an den Eingang VO angelegt wird, ist duroh den Code gebildet, der tob Zähler 03 über das Leitungsbündel Be angelegt wird.

Bei diesem Codierprinaip können iwel oder mehrere Vergleloher gleiehieltlg «in Auswahlsignal für eine Zelle im Speicher HR1 abgeben« Dann wird die gleiohe Zahl gleichseitig in die entsprechenden 8peieherseilen eingeschrieben, da die Leistung rom Signalgenerator für die Spalten ausreichend 1st·

Wie eohon oben erwähnt, wird die Zelt für den Kanal Tm, der für die Übertragung der Synohronielerknmbination rorgeeehen let, verwendet, um den Inhalt des Speichers NR1 in den Speicher MR2 in übertragen (Zelt T2 in Pig·2)· Die Auewahl des Auslesens aus dem Speicher MR1 und das Einschreiben in den Speicher MH2 wird in linearer Weise durchgeführt, indem man ι·Β· die Bltslgnale während der Kanalseit Tm an die Wahleingänge HO Im Speicher MH1 und VO im Speicher MB2 anlegt, gesteuert über die Mehrfaoh-UID-Sohaltung Fb·

Da man η Bitseiten für die Übertragung rom m-1 Zahlen mit je η Ziffern sur Verfügung hat, wird diese Übertragung Spalte für Spalte durohg»führt· Die Informationen werden über das Leitungsbündel Id mit m-1 Leitungen übertragen. Das Signal ti steuert also die gleichseitige übertragung der ersten Ziffer aller Zahlen, die in dem Speicher ME1 aufgenommen sind, das Signal t2 die Übertragung der ■weiten Ziffer aller Zahlen uew.

Die in diesen Speicher MH2 übertragenen Informationen werden während der folgenden Wiederholungeperiode zu den entsprechenden

.9.

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Empfängern übertragen· Diese Übertragung kann in Farallelform gescheht η , indem man die m Kanalsignale, die tob Decoder D2 abgegeben werden, verwendet oder in Serienform, indem man die Kanalsignale mit den Bitsignalen, die vom Seooder D1 abgegeben werden, kombiniert, woduroh man ζ η Bitsignale erhält. Wenn man diese «weite übertragungsart betraohtet, steuern die Bitsignale im Speioher ME2 die Auswahl der su lesenden Spalte (Eingang HO) und die Kanalsignale steuern die Auswahl der su lesenden !eilen (Eingang Hi)· Für dieses Auslesen arbeitet der Speioher auoh naoh dem Prineip der Koinsidcns der angelegten Signale·

Die aus diesem Speioher MR2 herausgelesenen Signale ersoheinen auf der Leitung Be und werden an den Synohronisierungsieiohen-Einfügungs·- kreis CS angelegt, der den Generator H sur Erzeugung der Codeseiehen und die OSSR-Sohaltung Pd enthält. Dieser Generator wird während der Kanalseit Tm betätigt, die für die übertragung de« Synohronisationsoode reserviert ist und erhält die Bitsignale ti bis t8. Wenn s.B. als Synohronisierseiohen der binäre Code 00111100 gewählt ist, enthält er vier WS-Schaltungen, die su den Bitseiten t), t4, t5 bsw· t6 betätigt werden und deren Ausgänge an vier Eingänge der ODIl-Sohaltung Pd angesohaltet sind·

Wenn man die Bedingungen einhält, die für die Abtastfreagens, die Zahl der Kanäle, die Genauigkeit der Codierung und die Kapasität der Übertragungswege vorgegeben sind, kann man auoh einen rom AusfUhrungsbeispiel abweichenden Signalgenerator AQ verwenden, ohne den Bereioh der Erfindung su verlassen* Wenn man s.B· für die Obertragung der Kanäle nur einen begrenzten Übertragungsweg hat, kann man s«B· den Speioher NH2 so aufbauen, daß er für die Auslosung in mehrere Teile unterteilt ist, die gleiohseltig abgelesen werden. Die bei dieser Ablesung erhaltenen Informationen der verschiedenen Teile werden über eine entsprechende Zahl von Übertragungswegen gesendet· Die Änderungen, die dabei für die Ausführung des Signalgeneratore AO erforderlich werden, sind dann für den Faohmann selbstverständlich.

Es ist interessant, hier noch einen Fall su erwähnen, der in der Praxis auftritt, in dem die Zahl der Kanäle gleioh der Zahl der

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Quantieierungepegel let, nämlioh »*1«2*«»1» I« ie* dann BOgIIeH* nor die «wei Zähler 01 und 02 iu Yervenden, vobei der tritt «ine Kapasität yon ο Ziffern ait 2^β»η hat und der «weit· «in« Kapasität Ton η Ziffern. Der Zähler 02 wird in dieses fall nioht nur iur Steuerung der übertragung, eondern auoh iur Steuerung der Codierung rervendet. In diesem Fall liefert er den Code an den Speicher XlI und et euer auoh den Start und da· Zurttokkippen der Sigeaahnepannung, wenn er die Oodewerte 0 biw, 2²¹^I aneeigt. Di· für dieeen lall in der Anordnung naoh yig ,3 erforderlichen Änderungen sind de« faehmann ebenfalle eelbetreretändlich.

3 Patentansprüche
2 Bl.Zeiohn«, 3 ?ig·

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Claims (1)

P.A.37645M9.7.66 Belegexemplar Darf nicht geändert werden Patentanspruch«

1. Aaaloi-Dleltalwaadl.r, toi d.« iaalogelgaal. alt einer alt d.r Z.it •n.teigend.n Spannung Y.rglioh.a v«rft«n, während d·· TergLiohevortaue·· «la lähl.r gl.iohföralg fortg.aohalt.t wird und toi Ol.iohh.it tu* Analogsignal und Yergleioheepannung d.r Zählerstand übertragen wird» ineeb.ondere lahlood.r fttr K.hrkaaal-POM, daduroh gek.nni.iehn.t, da« in .in·, mtn S.ltabeohnltt (tM) dl. v.r-