DE1537950A1 - Signalumwerter,insbesondere Coder fuer die PCM - Google Patents

Description

Dipl.-Ing.Heinz Ciaessen

Patentanwalt

.7 Stuttgart-!, Postfach 3141

ISE/Reg.3817

A.H.Reeves-M.Beasley-J.J.McNeilly-RcA.Manship 90-5-5-2

IM¹EEMAiDIONAL STANMED !ELECTRIC COZPOILiTION,NEU YORIC "äignalumw'erter, insbesondere Coder für die PCM"

Die Priorität der Anmeldung u"r.531 -2/6.7 vom 3.2.1967 in Großbritannien wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft öignalumwerter zur Verwendung in

und
jj'emmeldesystemen,- Anordnungen, die solche Umwerter enthalten.

Die Verwendung von Signalumwertern mit einer nichtlinearen Presser&ennlinie ist allgemein bekannt. Insbesondere sind auch Signalumwerter bekannt, die gedämpfte Schwingungen verwenden, um eine nichtlineare ilennlinie zu erzeugen. In solchen nichtlinearen Systemen verlaufen die Pressungs- und Dehnungsvorgänge nach einem logarithmischen Gesetz, das nicht durch den Müllpunkt verläuft und deshalb schlecht verwendbar ist.

Ein Beispiel für die Verwendung eines Urawerters nach einem logarithmischen Gesetz besteht in dem Coder für die PuIs-Gode-iJDdulation (PCM), der im wesentlichen aus einem gedämpften, abgestimmten Kreis besteht, der durch eiraiPAM-Abtastwert erregt wird und eine gedämpfte üinuswelle abgibt, die der Amplitude des Abtastwertes proportional ist. Diese gedämpfte v/elle wird dann an eine bistabile ffeststellanordnung angelegt, die jedesmal dann ein Impulsausgangssignal abgibt, wenn das angelegte Signal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. 009009/1366 BADORiGiNAL 24.1.1968
Ti/Ro -2-

153795p

ISüj/xieg.3817 - 2 - --

Der sich daraus ergebende Iinpulszug entspricht einer loga-• rithmisch gepreßten Darstellung des PAM-Üngangssignales in digitaler i'orm. Das PCH-dignal erhält man, indem man die Impulssignale von der Peststelleinrichtung zählt und in Jerienform bringt.

Der Erfindung liegt die .aufgäbe zugrunde, einen Signal umwerter mit einem Kreis, der in Abhängigkeit von einem angelegten Äbtastwert eine gedämpfte Jchwingung erzeugt, deren maximale Amplitude von der Amplitude des ^.btastwertes abhängt und einer ochwellwertfeststellanordnung, die Ausgangssignale abgibt, wenn die angelegte gedämpfte ,Schwingung ochwellwerte | dieses Kreises überschreitet, insbesondere für Coder für die X-GVi₉ zu schaffen, bei dem die xresserkennlinie durch den xäillpunkt verläuft. Dies wird erfindungsgemäß dadurcn erreicht, daß der Schwellwert mit der Zeit veränderlich ist.

Hit einer solchen Einordnung kann man die logarithmiache Kennlinie in eine Kennlinie entsprechend dem inversen sinh abwandeln.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die zeitliche Änderung kontinuierlich ist.

üine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß sich der Schwellwert während der Codierperiode diskontinuierlich ™ ändert.

BAD ORIGINAL

r3-

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ISE/Seg.3Ö17 - 3 - ' ·

Die Erfindung wird nun anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild eines ICIl-Coders, bei dem die Erfindung anwendbar ist,

Fig.2 das ausgangssignal eines abgestimmten Kreises, mit positiver Dämpfung nach jurregung durch dignale mit unterschiedlichen Amplituden,

Fig*3 die änderung beim Ansprechen des bistabilen Detektors bei Milderungen in der amplitude der gedämpften Sinuswelle,

Fig.4 eine Kennlinie, die das logarithmische Iressungsgesetz in einem Coder darstellt, der eine feste Detektorschwel— { Ie hat,

Fig·b die Schaltung eines jetelitors, der für einen Coder verwendbar ist, der ein umgekehrtes sinn-Pressungsgesetz hat,

Fig.6 die Darstellung der Kennlinie eines umgekehrten sinh- _ressungs_oesetzes, das von einem Feststellkreis nach Pig.!3 abgegeben wird,

Fig..7 die Darstellung der schrittweisen Linearisierung der logarithmischen Kennlinie,

Fig.8 die Darstellung der Detektorschwellwerte, die benötigt werden, um die ersten zwei .-.bschnitte des logarithmischen Pressergesetzes, wie es in Jig.7 dargestellt ist, ^ * zu linearisieren, und "

Fig.9 Stromkreise, die verwendet werden, um die für den Betek-

¹¹¹¹ tor benötigten Schwellwerte zu erzeugen, wenn der Coder eine linearisierte logarithmische Presser-Kennlinie hat.

In dem in der Fig.1 dargestellten System wird ein Signal abgetastet und ein PAM-Signal wird an eine Torsohaltung oder Verzögerungselement 1 angelegt -und auch an den Eingang eines Sücksteilimpulsgenerators 6, dessen Ausgangssignal an dem Hüekstelleingang von zwei Schwellwertfeststellanor&nungen oder bistabilen Schaltungen 5 angelegt wird« Das Ausgangssignal aus

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-4-

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der Torschaltung 1 wird an einen Modulator 2 angelegt, der aus einem abgestimmten Kreis besteht, der positiv gedämpft ist, so daß die Amplitude der erzeugten Schwingung mit der Zeit abnimmt. Das Ausgangssignal dieses abgestimmten Kreises 2 wird dann an einen Verstärker 3 mit hohem .Eingangs widerst and angelegt, wie z.B. an ein Darlington-Paar von Feldeffekttransistoren und das Ausgangssignal dieses Verstärkers 3 wird an einen Verstärker 4 angelegt, der ein Begrenzer sein kann. Das Ausgangssignal des Verstärkers 4 wird an einen der dlng-änge einer bistabilen ι Schaltung 5 angelegt, deren anderer Eingang, der zur Zurückstellung benötigt wird, von dem Ausgangssignal des Rückstellimpulsgenerators 6 angesteuert wird. Um eine konstante Dämpfung* in dem abgestimmten Kreis 2 zu erhalten, ist ein Rückkopplungskreis 7 vorgesehen.

Die Torschaltung bzw. das Verzögerungselement 1 soll verzögern, daß der Ruckstellimpulsgenerator genügend Zeit hat, die Polarität des ankommenden PAM-Abtastwertes festzustellen und die bistabile Kippschaltung in den entsprechenden Zustand zu bringen. nimmt man z.B. an, daß keine Phasenänderung in den Verstärkern auftritt, so erzeugt ein positiver PAIi-Abtastwert eine gedämpfte oinuswelle, deren erste Halbwelle nach dem positiven geht· Deshalb sollte die bistabile Kippschaltung in den AU3-Zustand gebracht werden, bevor die gedämpfte öinuswelle ankommt. Die Folge der Arbeitsgänge ist dann wie folgt;

Der PAM-Abtastwert trifft ein, der Rückstellgenerator stellt fest, ob dieser wert positiv oder negativ ist und sendet den entsprechenden Stückstellimpuls zu der bistabilen Kippschaltung aus. ^rst dann schaltet die Torschaltung (Verzögerungsleitung)! den PAM-Abtast'wert zum Modulator 2 durch. Das üusgangssignal der bistabilen Anordnung 5 wird in der Anordnung 8 differenziert und gleichgerichtet und dann an eine Torschaltung oder Sperrkreis 9 angelegt, dessen Ausgangssignal an einen binären Zähler 10 angelegt wird. Mit dem Tor- bzw. Sperrkreis 9 sollen die Rückstellimpulse von den den zwei οchwellwertanordnungen 5 ι unterdrückt werden, damit diese Impulse den Zähler 10 nicht

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BAD

ISE/Sego3817 - 5 - ■

erreichen. Der Ausgang des Binärzählers 10 wird in dem Se— rienwandler 11 in Serienform gebracht, dessen Ausgangssignal dann eine decodierte Form des ursprünglichen pulsamplitudenmodullerten Eingangssignales bei der Torschaltung 1 darstellt.

Nach jedem Godiervorgang ist eine Sicherheitszeit notwendig, um ein Übersprechen zwischen benachbarten Kanälen zu verhindern oder zu verringern, v/enn z.B. der BAM-Abtastwert von einem Kanal einen maximalen v/ert hat und der vom nächsteh Kanal einen minimalen Wert, dann muß sichergestellt werden, daß die Schwingung im abgestimmten Kreis, nachdem sie durch den ersten Impuls angeregt wurde auf einen ausreichend geringen xegel.ausgeschwungen ist, der die Auswertung bei dem nächsten Kanalimpuls nicht mehr stört. Wenn die Sicherheitszeit, d.h. die Zeit zwischen dem Ende eines Codiervorganges und dem Beginn des nächsten ausreichend lang genug ist, dann ist das Signal bis auf einen geringen i-egel abgefallen oder es ist durch irgend-eine .Einrichtung gedämpft, bevor der nächste Kanalimpuls eintrifft.

In der j?ig.2 sind die Schwingungen Sa, Sb, Sc, Sd und S dargestellt, die durch übtastimpulse in einem abgestimmten Kreis mit positiver Dämpfung erzeugt wurden.

In der Fig.3 sind die unterschiedlichen Ausgangssignale in einer bistabilen Anordnung dargestellt, an die die verschiedenen v/ellenzüge nach i''ig.2 angelegt sind. Die Kurven a, b, c, d, e sind die zu den v/ellenzügen Sa, Sb, Sd und S entsprechenden Ausgangssignale. Bei der Kurve a schaltet die bistabile Kipppschaltung während der ersten positiven Überschreitung des ■Schwellwertes in den Zustand "ein" und bleibt in diesem Zustand. Bei der Kurve b schaltet die bistabile Kippschaltung ebenfalls während der ersten positiven Halbwelle'in den Zustand "ein" und bei der ersten negativen Halbwelle, die den zweiten Schwellwert in negativer Richtung überschreitet, in den Zustand "aus" und bleibt in diesem Zustand. Bei der Kurve c schaltet die bistabile Kippschaltung während der ersten Schwingung in den Zustand "ein" und "aus" und bei der zweiten positiven Halbwelle noch

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BAD ORIGINAL

ISE/Reg.3617 - 6 -- "

einmal in den Zustand "ein" und verbleibt in diesem Zustand.

Bei der Kurve d geschieht die Umschaltung noch einmal mehr, da der ursprüngliche Abtastwert eine größere amplitude hatte. Bei der Kurve e schaltet die bistabile Kippschaltung fortlaufend für einige Zeit hin und her.

Die an die bistabile Schaltung angelegte Spannung hat die .Form r e ~ sinU> t ■

In dieser Formel / ist e die Basis des natürlichen Logarithmus

t# der jämpfungsfaktor des abgestimmten

Kreises
£0 die Resonanzfrequenz des abgestimmten

Kreises

t die Zeit, die von dem Zeitpunkt t=O in dem der r.odulator erregt wira, (der sofort anspricnt) gemessen wird, und

r die Amplitude der Umhüllenden des dämpfenden w'ellenzuges zur Zeit t=0, dessen wert deshalb von dem .<ert des PAH--i.btastwertes abhängt.

Y/enn r1 dem Schwingungszug Sd, r2 dem Zug Sc, t3 der schwingung Sb und r4 der Schwingung Sa entspricht und wenn der Schwellwert der bistabilen Schaltung für den Zustand EIN auf ein positives Signal von +v eingestellt wird und der Schwellwert für den Zustand AUS auf ein Potential von -v, dann gilt für das Auftreten

a) ν = r₁ e ~*~

b) -v = r2 e

c) ν = r-z e

d) -v =-r₄ e

Dabei ist T die Periode der Schwingung des abgestimmten Kreises,

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BAD QF'OIMAL

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Daraus folgt

Tp=F.. e j r, = r, e ; .r, = r, e ; usw.

Aus diesem ergibt sich klar, daß zur Umschaltung der bistabilen Schaltung von einem Zustand in den anderen das angelegte

(ft T

Signal um einen Faktor von e —£— erhöht werden muß und man dadurch ein ebenes Kompandierungsgesetz erhält, wobei der Ausdruck "Kompandierungsgesetz" in dem Sinn verwendet wird, der in dem Artikel von Bernard Smith "Instantaneous Companding of quantized Signals" in Bell System Technical Journal, Hay 1957, auf den Seiten 653 bis 709 gegeben ist, nämlich das Gesetz, das die Beziehung eines Ausgangssignales auf ein Eingangssignal in der Presserstufe eines Systems angibt, in dem das Signal einer nicht gleichförmigen Quantisierung unterworfen ist. Nach der übertragung benötigt das gepreßte Signa^eine entsprechende Dehnung nach einer Kennlinie, die zu der der Iresserstufeinvers ist.

Das Ausgangssignal der bistabilen Schaltung gibt so die gepreßte, quantisierte Darstellung des IAI-I-.^ tastwert es in digitaler Form. Um diesen ./ert -in ICII zu überführen, müssen nur noch die Kanten in dem Ausgangssignal der bistabilen Schaltung in einem binären Zähler gezählt werden und dessen Information dann in oerienforia gebracht werden.

Dieses geschieht aurch das in ^ig.i dargestellte System. Die Rückstellimpulse können verwendet werden, um die bistabilen Kippschaltungen in vien Zustand EIIi oder AUS zu bringen, abhängig^ davon, ob der α ar auf folg ende rAI-1-..b tastwert positiv oder negativ ist. Man kann so die gleiche Presser-Kennlinie für positive und negative IAII-Abt astwerte erhalten, ohne daß man das Signal an der Abtasttorselialtung gleichrichten mUiä, vorausgesetzt, da3 die bistabile kii jcC-ialtung bei positiven ^bt astwert en in aeu Zustand .-JJS uzia c-oi negativen .-ibt astwert en in den Zustand ETn gebracht wird. £s v.^rirä dabei angenommen, o.aS in uen Verstärkern Ice ine 1 has eiiL-iii'e rung stattfindet.

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BAD C

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Die Presser-Kennlinie des oben beschriebenen Decoders wird wie folgt abgeleitet: Die Kennlinie ist gegeben als Beziehung zwischen der normalisierten iiiingangsspannung (vi/V) und der normalisierten Ausgangsspannung (v2/v). Es wird angenommen, daß die jJingangsspannung zwischen +V und -V liegt. Um die Presser-Kennlinie zu normalisieren, ist weiterhin angenommen, daß die Ausgangsspannung auch in diesem Bereich liegt, v/enn insgesamt N (Jodewerte vorgesehen sind, dann wird die Achse der Ausgangsspannung zwischen +V und -V in K/2 gleiche schritte aufgeteilt (N ist als geradzahlige ganze Zahl angenommen) .(Dieses ist eine zweckmäßige Annahme, da N üblicherweise eine ganzzahlige Potenz von 2 sein wird.)

So entsprechen die Punkte: a , a e 2, a e

a_Qe ...a_Qe ^ ² auf der Achse des Eingangssignals

γ ^γ 5Y " .

den I unkten τττι fjT» WZT ""V- ^ΰΘΓ erste iSntscheidungspeg-el wird durch rr-τ dargestellt, da die positive und die negative .-i.ch.se +V bis ο und ο bis -V jeweils in ^ - -k getrennte Schritte aufgeteilt werden müssen, damit man beim iiullwert keine doppelte ,jchrittbreite erhält.

Der maximale positive „^fert auf der .^chse des .Jingangssignals (N J^T

beträgt a e "2" 2 und dieser ,/ert entspricht in einer nor malisierten Kurve +V.

oetzt man a e 2 ■ 2 = V .

-(S -i) ij.

so ergibt sich a -V" e 2 2

(p-D

Setzt man v₁=a e

j.nd eliminiert den »7ert ρ aus diesen zwei Gleichungen, so erhält man

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_log

Dieses- ist die j?res-ser—Kennlinie in dem ersten .luadranten wie sie in lrig.,4 dargestellt ist« Die vollständige Kennlinie; enthält eine entsprechend'e. Kurve im dritten -Quadranten.. Die Presser-Kennlinie kann nach der letzten ü-leichung nur dann ge zeichnet werden _f wenn ρ keine Integralwerte annimmt.

Man erkennt,, daß die logarithmisch© Kennlinie, die in Jig«4 dargestellt ist* nicht durch den riullpunkt geht..

wird jetzt beschrieben, daß in dem oben beschriebenen Decoder ein© Korrektur für das Dekrement $ erzeugt werden kann, indem man dem oehwellwert "a" eine Zeitänderung zuordnet, üs wird angenommen* daß das unkorrigierte Dekrement der oinuswelle gleich w ist und daß ein Korrekturfaktor ß benötigt wird, so dais man ein korrigiertes Dekrement $ -ß erhält.

(P-1)4^

Ohne Korrektur ist der p.ubergangspegel a e in dem aO eine Konstante ist. Wenn das Dekrement als (w--*ß)

auftreten: soll,, daß ist der pv Übergangs ρ egel |

^ao^e

der jchv/ellwert sich mit der Zeit ändern kann* dann er hält man das uekrement ( -ß)_r wenn

d.h. a - a_Qe

Die ρ .-Entscheidung geschieht jetzt zur Zeit t-( )!E> Durch

g der Gleichung erhält man p= 2Ji +t/2. BAD

Ii

man diese in der ü-leichung für a ein, so erhält man den dchwellwert als Funktion der Zeit, ,»"ie schon bei der Ableitung der öl ei ellung en für die logarithmische Kennlinie ist die Punktion mir ctann genau bestimmt, wenn integrale ./erte für ρ gewählt werden. Jedock kann ρ ständig änderbar sein, wobei man . keinen Verlust der .„llgenieinheit verliert und man erhält die Gleichung:

-_ß(t- f)

a(t) = a_oe

Um eine inverse sinh Presser-Kennlinie beim Coder zu erhalten, ·■ ist die an die Detektorseiivrelle angelegte .ielleiiforiu. einfach diejenige,,, die durch Ladung eines Kondensators erzeugt wird, ■ d.h. von der· i^:>orm

Die gedämpfte o'inuswelle, die proportional zu aem 11II—./ert ist, wird an die !feststelleinrichtung angelegt'und das ^usgangssignal ist dann genau, aie Seit, in q.uantisierter ^orra, aie die Umhüllende der- geaHiupften, ichv/ingung benötigt, um auf den dehweilwert abzusinken, iür einen ursprünglieiieri .t'ert vi der gedämpften ./eile ist das „usgangasignal ti gegeben durch

-^t₁, . -2(^t₁

V₁S *= E (1-e ^l)

^s ist dabei wichtig zu beachten,, daß die Zeitl-rons-sante {t/zfe) der .rellenförm,. die deii Jchvrellwert beeinflußt,; gleich der Hälfte derjenigen, aer gedämpften; achv/ing'ang ist« jjami er-Mit man. £_t

d.h. V^ = 2K idinh w t^
Daraus ergibt sich t«, = ~ Sinh. (;ög~)■*

Da Vo=KUt.,. is;t_r ergibt sich_r daß das effektive i-ressergedie folgende Gleichung hatt

BADCRiGlWAL

I3E/äeg.3ST7 - 11 - \

-^- =1 Sinn
Dies ist jetzt das I-ressergesetz für den Coder.

Das Detektorausgangssignal wird in gleicher ,/eise wie bei dem ursprünglichen logarithmischen Ooaer weiterverarbeitet, um das χ CK-UtUSgangösignal zu erhalten.

Die maximale ilingangsamj-litude ist -so gewühlt, dais sie einen maximalen Sählerstand ergibt und wenn man eine Zahlung je Zyklus der gedämpften Schwingung hat, dann benötigt man eine Gesamtcodierseit ϊ, die gleich den 64 rerioden für den Code der maximalen Amplitude sind.

Um für aen Couer nach Fig.1 eine inverse sinh — ίresser - ·

Kennlinie zu erzeugen, wird ein Fest^tel!kreis verwendet,

wie er in iig.b dargestellt ist. dieses ist in ier Grundlage ein JcnmitWiriggerkreis.

Die gedämpfte oinuswelle wird an die iiasia des Transistors T1 angelegt und άαο: Ausgaiigssignal, eine :\eihe von Impulsen, v/ird vom Kollektor des !Transistors T1 abgenorxiien. ^de schwelle für den _rir;_:::er v/ix^d durch die über den „aiitteriOlger 'i?4 an die ricGis des i'ruiici^tors T2 angelegte .,eile ge3teu-~rt.

Diese ..elienror;:. viird durch die Ir.uui.:--aitv;urt des OR-Kreises ac: -,slitter des Zrcatslätors T5 erzeugt. Jie Seitiionstante für die^e Iuyul;?e isx so eingestellt, da* sie die Umhüllende der

— 1

ged^iapiten ,.i^u^welle halbiert, so da»: man eine sinn Presse r-Kem:lii:ie erhält. Jie ,doien in diesen !!reis v/erden nur zur iei^peraturkoi^peiiöation verwe^j^x. -'ig. 6 zeigt die Coderkeinilinie für positive Eingangssignale. I-Ian erkennt, da;i diese ..er.iu.inie' du^ol; den Nullpunkt verläuft.

In der lo_;:aritiiuischen Porn verv.^ren_et der Joaer eine gedämpfte

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BAD ORlGiKAL

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-At

Sinuswelle re sinUJfc, die an eine "bistabile Schaltung mit den Schwellwerten +a und -a (YoIt) angelegt wird» Dieser Paktor ist direkt proportional zu der Amplitude der PAM-AlDtastwerte, die codiert werden sollen, und auf diese Y/eise preßt der Coder automatisch das Eingangssignal. Das Ausgangssignal der "bistabilen Kippschaltung kann einen binären Zähler betätigen, dessen Ausgangssignal dann das gewünschte PCM-Signal darstellt. Es gibt jedoch einige vorgeschlagene Presser-Kennlinien, die aus einer Zahl von linearen Abschnitten bestehen und der logarithmische Coder kann derart abgewandelt werden, daß er ebenfalls eine solche Presser-Kennlinie hat. <

Diese Änderung wird dadurch erzeugt, daß man die bistabilen Schwellwerte +a und -a Funktionen der Zeit werden läßt, d.h» +a(t) und -a(t). vienn nur die positiven Spitzen gezählt werden, : z.3o mit einem Schmitt-Trigger, dann genügt es, wenn nur ein Schwellwert a zu a(t) wird.

Es wurde bereits erläutert, daß' der logarithmische Coder Über-

dü φ (L Φ ■ ■

gangspegel bei a_, a e —7=·, a_e^w ,... hat. Dadurch hat der

erste Schritt eine Dauer von aO, der zweite eine von a (e"~2~"-1),.«* usw., wobei der erste Schritt sehr viel größer als der zweite ist. Yfenn die Zahl der iJbergangspegel aufrechterhalten und nur ihre Lage geändert wird, ist es möglich, einen Coder mit einer linefc aren Presser-Kennlinie zu erzeugen. Us ist -jedoch notwendig,-eine bestimmte kleinere Zahl s von Schritten zu linearisieren, um sicherzustellen, daß keine Schrittweite geringer ist als die vorhergehende. .

Das Eingangssignal für den Coder kann einen positiven oder einen negativen V/ert haben. Eine Darstellung der Eingangs spannung (Signal) über dem Ausgangssignal ergibt dann eine Kurve, wie sie in Fig. 7OaEE für den ersten Quadranten dargestellt ist und die zusammen mit einer entsprechenden für dritten Quadranten die gesamte Kennlinie darstellt. .. .

·" ■■.-■■■... - BAD OSiGiMAL

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ISE/iteg.3817 . - 13 -

Wenn die ersten s positiven und negativen Pegel linearisiert sind', ergibt sich, daß die Schritte vom Wert lull zum ersten positiven Wertpegel und von Hull zum ersten negativen Pegel jeweils gleich der Hälfte der Dauer der darauffolgenden Schritte sein sollten. Wenn die ersten s Pegel mit einem halbgroßen Schritt am Ursprung linearisiert sind, dann ist die Bedingung dafür, daß der s+1, Sehritt (der nicht linearisiert ist) größer oder gleich dem s.Schritt ist, die folgende:

-ο ^{e 2 v a}o ^e - ^ao ^e "^"

_doh.

- 1

Die minimal zulässigen Werte für s sind in der nachfolgenden Tabelle für verschiedene Dekremente je Periode aufgetragen.

Dekrement Periode	de	1 1	e	e -1	I	11 31	ψ + e -1	1	Minimum S
1,5 dB 1,6 dB	,090 ,097	11* 10,	11,61 10,81		12 11

1,7 dB 1,103 9,709 10,2 11

(2s—1 ") T

Der s. codierte Pegel wird schließlich zur,Zeit ■ festgelegt (dies ist die Zeit für das entsprechende Maximum oder Hinimum und beim Übergangspegel ist dieser Wert gerade gleich dem Üchwellwert der bistabilen Schaltung). Der q..Pegel wird entsprechend kurz vor oder zur Zelt . - ., bestimmt, wobei q. ein ganzzahliger Wert ist, für den die Gleichung gilt 0 = α = s. ■

Wenn der jjecoder gerade den s.Pegel zählt, dann ist der Parameter r=rs und

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ISE/Reg.3817 - 14 _

<6q:(2b-i)

Pur diese Bedingung ist die Linearisierung des ersten 'feiles der Presser-Kennlinie in der Porm durchgeführt, wie sie in der Fig.7 dargestellt ist, in der die ersten s Pegel linearisiert aufgetragen sind.

Wenn der q.. Pegel eine lineare Beziehung zu diesem s. Pegel hat, dann gilt:

■ ' « α-

r„ s- 1

α- -2

Daraus r = ——= r

s- \ ^s

α- t und ^rs ^e

»aber r„=a„ e fa O

„=a„

fa O

T- ^ao ^e

Kann q. nicht integrale ^;/ierte annehmen, dann kann t kontinuierlich variabel gemacht werden.

Mr t = T ist die Punktion a(t) definiert während des

Intervalles 0 ^ t £ wobei t = T ist.

Hierbei ist · ■

- 1+ ?i

·" 2 T und man erhält

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-15-

ISB/Reg.3817- 15 ~

2a₀ a(t) = —2-.- te

I («4)

= Xt e

2a-

da"bei X - ■ -- e

Die ü-leicliung für a(t) kann in Beziehungen zu T normalisiert werden zu

₂a 4S(₂s-,- «)

und eine Horiaalisierung in Bezug auf a ergibt

^VT'■ -2 t

~ * ^{:rr Έ e}

iJie iieigung dieser Kurve beträgt:

₄!iiL ^(23-Lii)

Vd-

,tv
^avH/ + -j

So nat -= einen maximalen -Wert bei ψ =

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ISE/Reg.3817 - 16 -

In der Tabelle 2 sind die normalisierten Zeiten dargestellt, zu denen das Maximum auftritt, nämlich y

Weiterhin sind eingetragen die minimalen Werte von s; die normalisierte Zeit, zu der dieser minimale Wert erreicht wird (d.h. ■ ' ■); die normalisierte Zeit, zu der der Zählwert erreicht ist. Dieser Zählerwert 16 wird für von besonderer Bedeutung gehalten, da bei einem Coder mit 128 Stufen die ersten 16 Stufen auf jeder Seite des Fullwertes linear sein sollen.

	5	1	TABELLE 2
Dekrement je Periode (dB)	5	.780	Minimum S
1.5	5	.400	12
1.6		.100	11
1.7	11

Zeit, zu der die.Zeit, zu der Zählung für das !der Wert 16 Minimum auftrittI erreicht wird

5.25 7.75 -

4.75 7.75

4.75 7.75

Es wird jetzt weiterhin angenommen, daß die Pegel s bis u gemäß dem zweiten Abschnitt der in Pig.7 dargestellten Kurve ebenfalls linearisiert werden. Die Pegel von 0 bis s haben alle gleiche Schritte und die Pegel s bis u haben ebenfalls gleiche Schrit-te. Es wäre möglich, ein Schema zu erzeugen, durch das ders+1. Schritt der Hittelwert des Ö bis s. Schrittes und des s+1. bis u.Schrittes ist. Die lie alfe ie rung wird dabei so erschwert, daß dieser Vorschlag nicht zweckmäßig erscheint.

Es wird jetzt angenommen, daß die Schwellwertspannung a eine ' ) Funktion der Zeit wird, so daß alle Schritte in dem Bereich von

s bis u gleiche Amplitude haben. Im nachfolgenden wird das ?er- - fahren oberhalb des p.Pegels betrachtet, wobei ρ ein ganzzahligp«

Wert ist, für den s^ p^ u. gilt.

Es gelten die folgenden Beziehungen für r , r und r„

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ISE/Reg.3817 - 17 -

^rs ^e

r_p e = a(t=

.a<t-*s^.s_c

Wenn die Pegel zwischen s und u linear sein sollen, ergibt sich

_{r =r +} P-^B (_r. __r >₌ .^-P, r + ^p~^s. u ^xp ^xs^T u-s ^¹U s^; u-s s ^T u-s

0CQ}(2u-i)

Jetzt kann ..-... -± umgeformt werden und man erhält

P=2~ + Xo Wenn jetzt ρ nicht integrale Werte annehmen kann, kann

man a(t) bestimmen zu

a(t)= —^— L ^ue - se + (e - e )

4 + 5>J

wobei (2fl-i) ΐ! ^ t^(2u-1)!P ist·

-18-

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ISE/Reg.3817 τ 18 -

Bine zeichnerische Darstellung von —-= für die ersten zwei

Abschnitte ist in der Fig..8 für ein Dekrement von 1,505 dB/Periode, S=16 und u=24 dargestellt»

Der erste Abschnitt ist in der normalisierten Zeit 0 bis t. linearisiert und der zweite in der Zeit t.. bis tp. Die entsprechenden Berechnungen sind in den Tabellen 3 und 4 enthalten.

TABELlB

3-1-4f)

te

a_n ~ _β 1 T

O S-TT

t ^α\~ψ/ Dekrement

τ ^s —

0.25 16 0=1183 T.5O5 dB/Periode

0.75 · G.3255

1.25 ■;.■■■ 0.4974

1.75 0.6586

2.25 0.7529

2.75 0.8439

3 ο 25 0.9145

3.75 0.9677

4.25 /1.0057

4.75 1.0307

5.25 1.0447

5.75 1.0492

6.25 1.0458

6.75 1.0357 ..-.-'.'

7.25 1.0201

7.75 1.0000

-19-

009809/1366

ISE/Reg.3817 - 19 -

TABELLE

wis 4 ·

L ue ■ - se +(e - e )

a₀ u-s

t 1 1 χ (2| + ^)J β . .

i ^Uv Dekrement

8,25 16 '24 1.0316 1.505 dB/Periode

8.75 Ί.0511 ·

9.25 1.0603

9.75 1.0606

10.25 1.0537

10.75 1.0405

11.25 1.0223

11.75 , 1.0000

Die für die Linearisierung des zweiten jibschnittes benötigte Punktion ist oben bereits genannt worden. Da u und s willliürlich gewählt sind, 'ergibt sich, daß diese Gleichung die Linearisierung für einen beliebigen Abschnitt zwischen zwei iäitscheidungspegelxL' s und u ermöglicht, die auf der ursprünglichen Presser-Xennliiiie liegen, vienn gleiche Zahlen von Entscheidungspe_oel2i in federn Abschnitt enthalten sind, dann kann die linearisierende Wellenform wiederholt werden. Dies zeigt sich, indem man <— durch (m+s) in der obengenannten Gleichung ersetzt. Die Zeitlage für die "»/eilenform beginnt mit t/I=0 bei Beginn des entsprechenden Abschnittes. Die Gleichung wird dann:

009809/1366 .'.--²P-

BAD C

ISE/Reg.3817 - 20 -

a(jj)
^ao

Da diese Gleichung eine Funktion von (s-u) ist und nicht von s oder u getrennt, ergibt sich, daß diese Wellenform die gleiche für alle abschnitte ist, die den gleichen Wert für s-u haben.

k Der Detektorkreis für den linearisierten logarithmischen Coder basiert auf einem Schmitt-Trigger wie bei der Anordnung nach Fig-· 5, jedoch wird die den Schwellwert steuernde Spannung, die an die Basis des Transistors T2 angelegt wird, von der Anordnung nach Fig.9 abgegeben.-Zu Beginn eines Oodiervorganges sind die Schalter S1, S2 geschlossen und der kritisch gedämpfte iCR-Kreis ) wird durch die Spanriungsquelle SV1 erregt, wobei die von dieser Quelle abgegebene Spannung gleich Vs ist. "Bezieht man sich auf die vorhergehende Gleichung, so ergibt sich

^a(f^} 2 t"¹" ⁽ ~

a_n ~ ~1 f ^e
ο s

_a„

(X,Y sind Konstanten.)

Durch Einsetzen von U in die G-le.ichung erhält man

^a(|) ■'» t

¹ ■ = Ut. e ^τ

^ao

(U=Xe ist eine Konstante.)

itfenn der Kreis kritisch gedämpft wird, d.h.

_1 =

IG 4E² G²

009809/1386 ■ "-2i-_

ISE/Reg.3817 - 21 -'

Vg Γ T -^t]

erhält man den Strom i = -^₅- I 1-2cvt_Q I

it U β J

wobei flCf = ist*

Die Spannung Y<_B über dem Widerstand R ist dann

So ist dann Y_M = Y₃ £ 2<?ΐ β

und 7- Uras = Y„ Γ 2 f t β " -ij+ ¥_

Die Spannung Y^. am Punkt B wird iTber den Schalter S2 an die Schwelle angelegt. Es "bestehen weiterhin die Bedingungen

2Y_a<A = ü =
und Λ =

Für gegebenecß , T, s erhält man dann ^

L== 4R²O

Wenn der Punkt erreicht ist, an demder' erste lineare Abschnitt durch den zweiten Abschnitt ersetzt wird, d.h. beim Pegel s, wird der Schalter S2 geöffnet, um den Kreis von dem bistabilen Detektor abzuschalten und danach wird der Schalter Sl geöffnet und der Schalter S3 geschlossen, um den Kreis für die nächste

0 09809/1366 -22-

ISB/Reg.3"817 - 22 -

Codierperiode vorzubereiten. Zum Schluß v/ird der Schalter S3 geöffnet und der Kreis ist für den nächsten Codiervorgang bereit. ·

Zur selben Zeit, zu der der Schalter S2 geöffnet wird, mn den Kreis nach Mg.9 abzuschalten, wenn der Pegel s erreicht ist, werden die Schalter S4 und S5 der Anordnung nach Mg.10 geschlossen, um die den Schwellwert steuernde Spannung für den zweiten linearen Abschnitt zu erzeugen und abzugeben. Unter Bezugnahme auf die obengenannten Gleichungen ergibt sich dann

ATr I

o ο ?l dfrPs qCTu ^C Tu

a.e I —rr- ^-Tj-" ^C-5T—

a(t) £g Lue ² - se ² . + (e ² - e

!Diese Gleichung entspricht der Form

a(t) _
^ao
(X und Y sind Konstanten und positiv.)

= (X +.Yt) β ο

Die Spannungsquelle SY2 erhält man im Fall der Mg₀10 durch

Addition einer ansteigenden Spannung At zu einer festen Spannung Yr, so daß man (Vr+At) erhält,,

Dann ist Li = >— L(V^ + At)

JLJ _ + £ί+ Ι ■>-

^s sä

1 ■:.-■;·.

A+.V_rB

Λ ι TT #-» A * ■ ■ V ,

Daraus ergibt sich i = L

009809/13S6

A · "r

?■* —

ISE/Reg.3817 - 23 -

[-*t -6 ti

A 1 (A - Vjt e -A'

Wie schon oben erläutert, ist dann die Spannung

Erde

Γ λ

I "R O «ι.

vrelclie die richtige Wellenform ergibt, wenn die nachfolgenden Bedingungen erfüllt sind

JA²

Die ateuervorgänge zum Abschalten und Zurückstellen werden durch die Schalter ΰ., S₁- und Sg durchgeführt, wenn der u«Pegel erreicht ist. Jiese Vorgänge verlaufen entsprechend der für die Fig.9 beschriebenen j?olge.

Pur drit.te und weitere lineare .-ibschnitte werden \ieitere Anordnungen entsprechend der in Pig.10 verwendet.

7 Patentansprüche

4 Bl.Seichng., TO Pig.

BAD

009809/1366

Claims (6)

ISE/Reg.3817 - 24 Patentansprüche

1. Signalumwerter mit einem Kreis, der in Abhängigkeit von einem •.angelegten Abtastwert eine gedämpfte Schwingung erzeugt, deren maximale Amplitude von der Amplitude des Abtastwertes abhängt und einer Schwellwertfeststellanordnung, die Ausgangssignale abgibt, wenn die angelegte gedämpfte Schwingung Schwellwerte dieses Kreises überschreitet, insbesondere für Coder für die POM, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert mit der Zeit veränderlich ist« ·

2. Signalumwerter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung kontinuierlich ist.

3· Signalumwerter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Aufladung eines Kondensators während der Codierzeit vorgesehen sind, dessen Ladung den sich kontinuierlich ändernden Schwellwert darstellt.

4. Signalumwerter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Feststellkreis einen Schmitt-Triggerkreis enthält, für den ein Eingangssignal die dem Abtastwert proportionale gedämpfte Schwingung und das andere Eingangssignal der sich kontinuierlich ändernde Schwellwert ist.

5· Signalumwerter nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schwellwert während der Codierperiode diskontinuierlich ändert,

6. Signalumwerter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schwellwert während eines ersten Abschnittes der Codierzeit kontinuierlich nach einem ersten mathematischen Gesetz ändert und sich während darauffolgender Abschnitte jeweils kontinuier-* lieh nach voneinander unterschiedlichen Gesetzen ändert·

7« Signalumwerter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte für die einzelnen Abschnitte durch getrennte kri- · *, tisch gedämpfte LCR Kreise, die an eine feste Spannungsquelle angeschaltet werden, erzeugt werden, zu denen für den zweiten und , weitere Kreise noch feste Vorspannungen addiert werden»

009809/1366 _„, „

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