DE1762525A1

DE1762525A1 - Nichtlinearer Gray-Codierer unter Verwendung stueckweiser linearer Kompression

Info

Publication number: DE1762525A1
Application number: DE19681762525
Authority: DE
Inventors: Davis John Hardin
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1967-07-03
Filing date: 1968-07-02
Publication date: 1970-05-14
Also published as: SE344523B; DE1762525B2; FR1576653A; US3522599A; JPS4913896B1; GB1227233A; BE717366A

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated _{T TT} ^ . _Λ

J. H. Davis 1

New York, N. Y. 10007, USA

Nichtlinearer Gray-Codierer unter Verwendung stückweiser linearer Kompression

Die Erfindung betrifft ein Codiergerät zur Übersetzung eines augenblicklichen Tastwertes eines Analogsignals in eine Gruppe von Binärziffern eines reflektierten Binärcode mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Verstärkerstufen, von denen jede ein analoges Eingangssignal aufnehmen und ein analoges Ausgangssignal sowie entweder ein erstes oder ein zweites Ziffernaus gangs signal erzeugen kann, und mit Schaltungen, die eunen Vorstrom vom Verbindungspunkt zwischen dem Analogausgang jeder Stufe und dem Analogeingang der folgenden Stufe empfangen.

Zum Stand der Technik wird auch auf die DAS 1 183 126 (10.12.1964) verwiesen.

Bei der Pulscodemodulation wird das zu übertragende Analogsignal mit einer Frequenz abgetastet, die wenigstens gleich der doppelten Frequenz der Komponente mit der höchsten Frequenz ist. Die Amplitude jedes Abtaetwertes wird codiert, d. h., in ein digitales

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Codewort übersetzt, das Impulse gleicher Amplftide enthält. In einer Verstärkerstation können die Impulse trotz beträchtlicher Übertragungsverzerrungen in ihrer ursprünglichen Form wieder hergestellt werden, solange der Impulsabstand feststellbar ist. Dann führt eine Übertragung über große Entfernungen mit vielen Verstärkerstationen nur zu sehr kleinem Rauschen und sehr kleiner Verzerrung,

Die Hauptrauschquellen sind stattdessen das Überlastungsrauschen und das Quantisierungsrauschen. Im ersten Fall handelt es sich um dasjenigen Rauschen, das auftritt, wenn die Eingangs signalamplitude den Nennwert für das maximale Codierer-Eingangssignal überschreitet. Im zweiten Fall handelt es sich um dasjenige Rau schen, das sich aus der Unterteilung der analogen Amplitudenabtastwerte in diskrete Stufen zur digitalen Codierung ergibt. Je mehr Stufen ν erwendet werden, umso kleiner ist jede Stufe und folglich jim so kleiner der mittlere Fehler oder das Quantisierungsrauschen. Andererseits erfordern mehr Quantisierungsstufen eine größere Zahl von Ziffern im Codewort und folglich eine größere Bandbreite für die Übertragung·

Ein Verfahren zur Erhöhung der Genauigkeit von Codierern ohne Erhöhung der Bandbreite besteht in der Verwendung des reflektierten Binärcode, oder Gray-Code (vergl. USA-Patentschrift

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2 632 058 vom 17.3.1953). Beim Zählen in diesem Code weichen zwei beliebige aufeinanderfolgende Codewörter nur in einer Ziffer ab. Folglich entspricht ein Auflösungsfehler bei irgendeiner Ziffer für das Codieren oder Decodieren einem Fehler in der letzten Ziffernstelle.

Eine weitere Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses für eine gegebene Bandbreite läßt sich dadurch erreichen, daß die relative Größe der Quantisierungsstufen durch eine "Kompansion¹¹ (Kompression + Expansion) verändert wird. Das Verfahren der Kompansion ist auf dem Gebiet der elektrischen SignalübeEtragung bekannt. Man hat Signale unter Verwendung quadratischer, logarithmischer und hyperbolischer Kennlinien kompandiert. Die optimale Form einer Kompansions-Kennlinie zur möglichst weitgehenden Verringerung des Quantisierungsrauschens bei der Übertragung von pulscodemodulierten Signalen ist diejenige, die zu einem gleichmäßigen Auftreten aller möglichen Codewörter führt. Die optimale Kompressionskennlinie eines Codierers hängt daher von der Amplitudenverteilung der Analogsignale ab.

Wenn viele Sprachsignale gleichzeitig über einen einzigen Kanal im Frequenzvielfach übertragen werden, beispielsweise die Hauptgruppe eines Koaxial-Systems (die bis zu 600 Sprachsignale übertragen kann), so folgt die Verteilung der kombinierten Signal-

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,1.

amplituden einer Gauß-Kurve. Wenn eine Kompansions-Kennlinie optimaler Form für solche Gauß-Signale bei einem achtziffrigen Gray-Impolscode anzuwenden ist« läßt sich zeigen, daß das Signal-Quantisierungsrauschverhältnis theoretisch um 3, 4 dB verbessert werden kann. Eine entsprechende Verbesserung ohne Kompansion würde zusätzlich 0,6 Ziffern erfordern« Es besteht daher die Möglichkeif, einen achtziffrigen Code mit ψ Kompansion anstelle eines neunziffrigen Code ohne Kompansion

zu verwenden, wodurch eine beträchtliche Bandbreiteneinsparung erzielt wird.

Es ist jedoch bisher noch kein brauchbares Verfahren zur praktischen Anwendung einer Kompansion-Kennlinie auf einen Gray-Code aufgezeigt worden. Natürlich besteht die Möglichkeit, das Analogsignal getrennt von der Codier- und Decodieroperation zu komprimieren und zu expandieren. Dies führt jedoch zu schwerwiegenden Nachführfehlern, die mehr Rauschen erzeugen können als das Kompandieren beseitigt. Weiterhin läßt sich die gesuchte bestimmte Kurvenform praktisch nicht leicht verwirklichen, während diejenigen Kurven, die leicht zu verwirklichen sind, zu einer unzureichenden Verbesserung führen. Sobringt für Gauß-Signale eine praktisch anwendbare logarithmische Korn-

pansion nur eine Verbesserung von 1, 6 dB.

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In den USA-Patentschriften Nr. 3 016 528 (9.1.1962) und 3 015 815 (2.1.1962) sind Verfahren und Einrichtungen zur Kombination einer Kompression mit einer Codierung bei einem Binärcode zur Erzielung einer nichtlinearen Codierung beschrieben. Es wird die Annäherung jeder gewünschten Kompressions-Kennlinie durch eine Anzahl von aufeinanderfolgenden linearen Bereichen gelehrt. Die Vorteile der Codiergenauigkeit der Einfachheit linearer Systeme und der Möglichkeit zur Annäherung jeder Kompansionskurve sind für solche stückweise linearen Systeme nicht zu bezweifeln. Die stufenweise Erzeugung eines Gray-Code weicht jedoch beträchtlich von der des Binärcode ab, und die bekannten Schaltungen lassen sich daher nicht zur Erzeugung eines Gray-Code verwenden.

Die Erfindung hat sic& die Aufgabe gestellt, einen einfachen und genauen Gray-Codierer mit eingebauter Kompression auf stückweise linearer Grundlage zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Codiergerät der eingangs genannten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß zur nichtlinearen Übersetzung des Analogeignais in einen reflektierten Binärcode wenigstens zwei aufeinanderfolgende Stufen der Vielzahl von Verstärkerstufen je eine Anzahl von alternativen Verstftrkungswerten

i-2 aufweisen, die durch den Ausdruck 2 +1 gegeben sind, wobei i die Ordnungszahl der Stufe ist, und daß Schalteinrichtungen vor-

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gesehen sind, die auf die Ziffernausgangssignale jeder vor der i-ten Stufe und nach der ersten Stufe liegenden Stufe ansprechen und den spezielleil Wert der alternativen Verstärkungs werte bestimmen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine ideale Kbmpansionskurve für den Codier-

vergang und eine Anzahl von stückweise linearen Annäherungen der Kurve;

Fig. 2 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen stufenweisen Codierer nach der Erfindung;

Fig. 3 die Verstärkungskennlinie einer standardisierten Gray- Co dierstufe;

Fig. 4 eine Tabelle der verschiedenen Stufenverstärkungen;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das die erfindungsgemäfle. Umschaltung der Stufenverstärkung darstellt,

Fig. 6 die Verstärkungskennlinie der Stufe 2; Fig. 7 die Veretftrkungskennlinie der Stufe 3;

Fig. 8 ein ins* einzelnegehendes Schaltbild eines Ausführungebeiepiele der Erfindung;

Fig. θ ein Schaltbild eines weiteren Aueführungsbeispiels der Stufe 3.

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Bei der Codierung mit einem binären Gray-Code in einem stufenweisen Codierer wird eine Kompression zusätzlich dadurch erreicht, daß eine Vielzahl alternativer Verstärkungswerte in wenigstens zwei Stufen hinter der ersten Stufe vorgesehen sind. Die Zahl der Verstärkungswerte der i-ten Stufe

i-2 ist durch den Ausdruck 2 +1 gegeben, und der jeweilige Wert dieser Verstärkungswerte wird durch Umschalteinrichtungen bestimmt, die auf die Ziffernausgangssignale jeder Stufe vor der i-ten Stufe und nach der ersten Stufe ansprechen.

In Fig. 1 ist eine Kompansions-Kennlinie als gestrichelte "Kurve 11 gezeigt, deren Annäherung bei der Codierung mit einem Gray-Code angestrebt wird. Die Abszisse stellt den zu codierenden analogen Abtaststrom dar, und die Ordinate die Analogzahl, die dann genau in das Codewort übersetzt wird. Beide Skalen sind normalisiert mit dem Maximalstrom I , der in der Anlage ohne Überlastung verarbeitet werden kann, so daß der volle Skalenwert eins beträgt.

Erfindungsgemäß läßt sich die Kbmpansionskurve 11 durch einen Codierer annähern, der in Blockform in Fig. 2 gezeigt ist. Die Erfindung ist nicht notwendigerweise auf diese spezielle Kurve begrenzt. Es kann jede Kurve auf diese Weise angenähert werden.

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die monoton ansteigende oder abfallende Steigung besitzt und symmetrisch zur Null-Achse liegt.

Der Codierer in Fig. 2 ist ein typischer stufenweiser Codierer, die wegen ihrwr Geschwindigkeit und Genauigkeit bekannt sind. Hinzugefügt wurden Schalter zur Änderung der Stufen-Verstärkungswerte. Stufenweise Codierer werden, wie der Name sagt, aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Stufen aufgebaut, wobei für jede Ziffer eines Codeswortes eine Stufe vorgesehen ist. Jede Stufe enthält einen zu einem Verstärker führenden Analogeingang, einen Analogausgang und ejänen Ziffernausgang. Alle Ziffern bilden bei sequentieller Entnahme das Codewort. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Analogausgang einer Stufe und dem Analogeingang der folgenden Stufe wird ein Vorstrom entnommen. Die Polarität des Eingangssignals jeder Stufe bestimmt, ob das Ziffernausgangssignal dieser Stufe eins oder null ist und folglich, ob der jeweilige Raum im Codewort durch einen Ein-Impuls- oder einen Aus-Impuls eingenommen wird. Zur Erläuterung sei angenommen, dai3 ein negatives Eingangssignal einer Stufe die Ziffer Null und ein positives Eingangssignal die Ziffer Eins erzeugt. Ein Strom i. , der die zu codierende analoge Abtastspannung darstellt, wird zur Erzeugung eines analogen Auegangsstroms i., in einer Stufe um einen bestimmten Wert verstärkt. Vom

Strom I₁ wird ein Vorstrom I zur Erzeugung des Eingangs Stroms

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i der Stufe 2 abgezogen. Wenn i. größer ist als Null, ist

die Ziffer a. eine Eins. Wenn i. kleiner als Null ist. ist die 1 in

Ziffer a eine Null. Entsprechend ist, wenn i - I größer ist

1 1 X51

als Eins, die Ziffer a_o eine Eins und so weiter für das ganze Codewort a , a , a , a ... usw.

Für einen linearen Gray-Codierer ist die Verstärkungskennlinie jeder Stufe in Fig. 3 gezeigt. Unabhängig davon, ob der Eingangsstrom der Stufe positiv oder negativ ist, ist das Aus gangs signal immer positiv, und die Stufenverstärkung hat den Absolutwert Zwei. Bei einem solchen System ist der zwischen den Stufen entnommene Vorstrom gleich dem Eingangsspitzenstrom I . Wenn alle Stufen die Standard-Kennlinie der Fig. 3 haben, würde die Gesamt-Codierkennlinie eine Gerade durch den Ursprung und die Punkte (1, 1) und (-1, -1) sein, die in Fig. 1 als Kurve 12 dargestellt ist. Zur Annäherung einer Kurve mit linearen Abschnitten unterschiedlicher Steigung müssen einige Stufen so abgeändert werden, daß sie vom Standard abweichene Verstartrte bcsit?.ei . Wenn η die Anzahl df ι abjaändrrten Sfrifrn

angibt, so ist die Anzahl der linearen Abschnitte in jeder Hälfte der Kompanhiionskiirve gegeben ciuich 2 «, Da der Cede ..ία' cei Basis Zwei beruht· und jede Stufe eine Ziffer eines Codewortes erzeugt, fünrt jede richtig abgeänderie Stufe zu ei^m Knick

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jedes bestehenden linearen Kurvenabschnittes in dessen vertikalem Mittelpunkt. Beginnt man daher mit der Standarstufe Eins, die die Gerade 12 erzeugt, so führt die richtige Abänderung der Stufe 2 zu den beiden linearen Abschnitten 13, 13. Eine zusätzliche Abänderung der Stufe 3 erzeugt die vier Abschnitte 14, 14 und der Stufe 4 die acht Abschnitte 15,15. In Fig. 1 sind zur besseren Übersicht die Abschnitte 14 und 15 nur jeweuls in einem Quadranten gezeigt. Sie sind natürlich in beiden Quadranten vorhanden .

Weitere Standardstufen, die der Stufe 1 entsprechen, führen zu weiteren Co die rungs stufen, bewirken aber keine weiteren Kurvenknickpunkte. Zur Annäherung der Kurve 11 mit vier linearen Abschnitten je Quadrant müssen also nur die zweite und dritte Stufe eines solchen Codierers abgeändert werden. Die erste, vierte, fünfte, sechste , siebte und achte Stufe eines achtziffrigen Codierers würden genau die Kennlinien haben, die in Fig. 3 gezeigt sind.

Es wurde gefunden, daß zur Erzeugung der erforderlichen Steigung der Abschnitte die beeinflußten Stufen mehr als einen absoluten Verstärkungswert haben müssen. Die Anzahl der unterschiedlichen Verstärkungswerte für jede abgeänderte Stufe wird durch den Ausdruck 2 +1 angegeben« wobei i die Ordnungszahl der Stufe ist.

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Mit anderen Worten, die zweite Verstärkerstufe muß zwei alternative Verstärkungswerte, die dritte Stufe drei, die vierte Stufe fünf, die fünfte Stufe neun usw. VerstärkungswerLe in Abhängigkeit von der gewünschten Anzahl der linearen Kurvenabschnitte haben. 'Wenn die zusätzlichen Verstärkungswerte nicht vorhanden sind, so wird die Lage der Knickpunkte so eingeschränkt, daß nicht alle mit der Kurve zusammenfallen. Die Abschnitte 17-17 stellen, soweit sie von den Abschnitten J4-i4 in Fig. 1 abweichen, die optimale Annäherung der Kurve iJ .mit nur zwei Verstärkungswerten in der Stufe 3 dar.

Der jeweilige Verstärkungswert, der in einer gegebenen ;ugeänderten Stufe der Codierkette für ein Signal g-lten .sol], hängt von der Polarität des der fraglichen Stufe zugeführten Signa] d und den Ziffernausgangssignaien der /orhergehenden SLufen üb. Dadurch kann der nichtlineare Codierer so wie der lineare Codierer schnell und genau arbeiten, da die erforderliche Information für die Verstärkungsumschaltung zur Verfügung steht, bevor· dos Signal umgeschaltet v/erden muß.

Die Tabelle in Fig. 4 zeigt cue Beziehung zA.^cL'-n .ich ZJ,V: r. α ml den Verstärkungswerten. Jeder Verstärkungsvert. v/ird du· eh den Buchstaben G mit einem geeigneten Ir de χ und einer Ilochz -\l·-', an-

QU9B2U/ U$

; ^Ί 6 2 δ 2 5 ³^

•sie Ziff■".■·■■■ jedes Index h -.eilt die Stufe und die ϊ? ZiifeFiizi'FV'tnd (Nm¹J oder Eins) dar. Die

\d de;-! gleichen Z/ffern^vsts.Mdes an. Der für '/^rv ''/crstar-k-^.ngswer* ?a\ von demjeragen ab,^r/e~

'- TiJ^eI":■'■' ^r¹'; ni^Vhnten v.ter Lr-.m steht« Wenn also , .;ie Z/.iier 3 NuIj und die Ziffer 4 Eins ist, es i-ir:""rV^gooieTicd de^ St^''·'³ 5 zur Verstärkui·?

• Ei^Sj, d^e Ziffer :^: Xv₁I]₁ ,jj.·- Ziffer Null und die

<■■■..·■■. reqvl:"-. es Ei-i/f· ^v;c"^v:^:. ^ϊ·-;: der S te fr ίΐ zur

·.-'· ■>■■>;·■'■ Λ- :.;·. .";:s^ij? '..-».^; dj. SV'jTe 1 ix'i'i' ;j ;^i,i\e und negative :■_' '.)]'·;Mi;:;■■' ' ;.:^ΊΠ i?;U'if:h isi, t eivvvwW. -^J'^;e e^v-vte Ziff'.-r· r?"cht -iv. .;:·.■' "u.^;':'Ij,; ''^;-:; "<· ' le^irkwng^wisr-.e» "'-vie ir > ,_gl 2 gezeigt, wird duisei' f-;n '. t.rwiärknngssciialter 21 durch dei. Ziffernausgang a >.¹^.·· >rii't/ .-'■ ^;-eici:ig· i;na iUiüe-ri du Vei^ iär^.L·. :g d;-· Stufen 3 und 4, Ki;i ^T'-^rr-} !■i;'iⁱ\k;)"₍:!~r'Ch;iI^!:or 33. der ^"""'ih .f-r.-i: ;';.IfTe: nai se, a.i>g a_r (.^!<i; S' ■?.·-■■ .'■ ;.'^!-:;ingt v/ird, ändert die Vvrstarring der £^fiife 4, usw. T:;itF-;..i c'. '··-;.;■ ^;:,:.<;. r-" die- Π..±λ1ι.._;- .■ :Ί oi-d _t\^; iac Vei-s'^.; ;a^;i.ig· jeder r.'irbr-J^f-f..; . , -,:)ir: Standard abv/ei«. henceu Siüfe. ^!e z^i Erzeugung

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L· ü j a 2 0 / U S i

der gewünschen Anzahl von Kurvenknickpunkten erforderlicn ist.

Eine Anprdnung von Schaltern nach der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. In der Stufe 2 schalter eine Diode 43, die negative Eingangsstrome durchläßt, das Eingangssignal i der zweiten Stufe an einen Verstärker 44 an, dessen Verstärkung G beträgt. Ein entgegengesetzt gepolte Diode 46 schaltet das Signal i an einen Verstärker 47 mit der Verstärkung G₉₁ an. Die Ausgangssignale dor Verstärker 44 und 47 sind zusammengeführt und bilder den •\us;;>angss trom i der Stufe 2. Zur Erzeugung des E ingan.<:·.-:stromes [ der Stufe 3 wird der Vorstrom IB vom Strom „ .- :·.· 'i'-rn. ]]■■■ sprechend schaltet in der Stufe 3 ein» Di-'<i<- ■■>,, ui'.· n-.'.ti\"(- ^r,:;-,; - i,:ii~iH tr')x,V- du 1"¹C. hi d. 13 i, claw ,Signal i,_V) ah f ■': i i = , ■'".. .· : · ·. ''■:'. <~'ϊ~:'\':-.':' V Crs ui rscjir. 'i f'·,. :ι.^;ί. Fin·- *·ηΐ.·-· ν- i- ^; ■

i^;iM":o η; it '-'in.'-iwi Verstärke)¹ 5H.

•-a^o-f.^;f"-;'ührⁱ j.r! bjiden eier A i/.eugi:i.g des Eingaxiy sbig

1 . ,₃ ^·. TP, vom pi ^r--'O i,. ab.^°^r o^vn_t Ei*:

Eingangsströme durchläßt, führt das Signa.;. :,,

U j

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Schalter 23 zu, der in seiner Ruhestellung mit einem Verstärker 65 verbunden ist, dessen Verstärkung G beträgt, und in seiner Arbeitsstellung mit einem Verstärker 64 verbunden ist,

2
dessen Verstärkung G_ beträgt. Eine entgegengesetzt gepolte

Diode führt das Signal i einem Schalter 32 zu, der in seiner Ruhestellung mit einem weiteren Schalter 24 und in seiner Arbeitsstellung mit einem Verstärker 69 verbunden ist, dessen Ver-" Stärkung G₄₁ beträgt. Der Schalter 24 ist in seiner Ruhestellung

mit einem Verstärker 68 verbunden, dessen Verstärkung G beträgt, und in seiner Arbeitsstellung mit einem Verstärker 67

mit der Verstärkung G . Die Ausgangssignale der Verstärker 64, 65, 67, 68 und 69 sind zusammengeführt und erzeugen das Ausgangssignal i der Stufe 4. Wenn dee Eingangsstrom i der Stufe positiv ist, ist die Ziffer a eine Eins und die Schalter 22, 23 und 24 sind aiJe betätigt. Entspreähend ist, wenn der Strom i posit;·, ist, die Ziffer a cine Eins und der Schalter 32 ist ixtäl'^t. Vvο;an also die Ziffer 2 eine Eins und die Ziffer 3 eine Eins ist, so wird ein positives Eingangssignal i der Stufe 4

durch aic Vcr stäi^raiiy· G₄₁ und ein negatives Signal durch die Verstärkung G.' beeinflußt. Alle anderen Kombinationen lassen sich auf entsprechende Weise angeben. Es ist natürlich nicht erforderlich, daß die für jede Stufe gezeigten Verstärker völlig voneinander getrennt sind. Es muß nur die V erstärkung sowie die Polarität umgeschaltet* werden.

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ii r '■„(■■<' ■· ''

II

Kc ^;.;iOi.'talv- 1' γϊ.;πι, dci U: -j;

^:.i 'i dann

1 1 ^2DI

IB₂ 'G₁₁IDiG₂₀^ (1)

Dies läßt such mauch wie folgt ausdrücken:

IB₂ = Gj₁ x E χ Gj₁ (2)

also

DI

^G21 .—Al" ^t3>

Aus Fig. 7, nämlich der Kennlinie der Fig. 3, läßt sich be
stimmen, daß

ι	und	^G31 -	21 P	A	21 P	A
^G30 ]	Schließlich ist		D	³Il ^{X G}20	C

	21 P	AE
C χ (

(5)

'31 " _rl _rl '" DF ⁽⁶⁾

Wenn die Stufe 4 vom Standard abweichen soll, lassen sich die Werte auf entsprechende Weise erinitieln. Falls jedoch nur
vier Abschnitte je Quadrant erforderlich sind, wird IB Gleich I und G41 sowie G haben beide den Wert 2. Es läßt sich zeigen, daß mit diesem Verfahren die optimale Kompansionskennlinie mit

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vier Abschnitten und dem Mittelwert Null für Eingangs signale mit Gauß¹ scher Amplitudenverteilung zu folgenden Werten führt:

IB₁ = 0, 577 I_p; G^ = 3,48; G^ = 1,875 IB₂ = 1,068 I ; G^ = 2,47; G^ = 0,816

^G31 ^{β 2}'¹⁴⁵ Zur Berechnung dieser Werte ist angenommen worden, daß der Überlastungsstrom 4, 6 mal größer als der Effektivwert des Stromes ist. Das genaue Verhältnis des Überlastungsstromes zum Effektivwert des Stromes ist nicht kritisch, aber es Jäßt sich zei^e:, daß ein Verhältnis vor- etwa 4,6 zur optimalen T-'.c n.panyionsfc; ί ν ;· iühri. <*d.h., derjenigen, Ικ-ί dc ν das d^rcli u^;· Ql; c.i '..UeJHJiP ii.no ~ υ:/Γ Las umg verursacHD- Ka;.!bchi:ii ein rAüiii.iji : ■■. .'. .:.·,

ρ ν ..ή

iEjche.· Anordnung. Die- \\·. it'-:..

&tä; kf-r herumführenden Hückkopolungswop ^l b^.sv.i"c..^\,

74 enfhäü. Die Verstärkung der Stufe für posinvo ii>·:: : - .¹^ '.

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durch einen ähnlichen Rückkopplungsweg 82 bestimmt, der eine entgegengesetzt gepolte Diode 83 in Reihe mit einem Widerstand 84 aufweist. Das Ziffernausgangssignal wird am Ausgang des Verstärkers und das analoge Aus gangs signal am Verbindungspunkt der Diode mit dem Widerstand in jedem Rückkopplungsweg entnommen. Die positiven und die negativen Analo g- Ais gangs signale beider Verstärker werden jeweils addiert und beaufschla- ψ gen die nächste Stufe.

Um die für die Stufe 2 eines nichtlinearen Codierers erforderlichen unterschiedlichen Verstärkungswerte zu verwirklichen, muß man mir in bekannter Weise die Rückkopplungswiderstände entsprechend einstellen. Die Stufenverstärkung ist gleich dem Verhältnis des Rückkopplungswiderstandes zum Vorwärtswiderstand. Wenn daher der Rückkopplungswiderstand für positive Signale R₁ und für negative Signale R ist und der Widerstand, der jeden Verbinb■;:['"rr"Ίϊά eines Rückkopplungswid^rsturtdes mit einer Diode an den Eingang der folgenden Stufe anschaltet, R ist, so

1 ^R2 1

^G20 ' Κ' ?"^d Sl

In der Stufe 3 ist der Rückkopplungswiderstand für positive Signale in zwei Widerstände mit dem Wert xR und (l-x)R unterteilt.

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Ein Doppelschalter 122 legt den Verbindungspunkt jedes Paares von Rückkopplungswiderständen über einen weiteren Widerstand R_c an Erde, wenn die Ziffer 2 Eins ist. Der ■Rüekkopphmgswider stand für negative Signale ist bR. Die verschiedenen Yere'hv
werte sind dann:

30 - R_F ^G31 - R_F

Eine alternative Anordnung für die Stufe 3 ist in Fig. » ;};t-:i'r ςΐ. In dieyem Fall ist der Rückkopplungswiderstand iüv τιυ:-_"1ΐ\β Signaljedes Verstärkers wieder in zwei Teile unter!^r> ,Ii., urin: ¹^h
xR und (l-x)R. Ein einzelner Schalter 222 verbindet den V ei ■■·
bindungspunkt zwischen den beiden Teiles eines Ruokk^pp^u^s weges mit dem des anderen über einen Widersland 'H . Ui
Stufei'iverstärkungc^ sind numerisch gleich don'Ui ci'.-F .A. iiüi.ru!!^ beispiels in Fig. 8. Während der Schalter in Fig. <3 gt-e; ci'.-t \,erdcr: kann and der in i ig. J nicht, ifit aer zw!_ile ί au λι In . . Mt.;Ji._*■ swecl-crnäßige^ da Restspanrungen am Schalter kcir.r ϋα^ΐϋ^ϋ^ trie verursacnen.

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Die Schalter 122 und 222 können beliebige Schaltgeräte hoher Geschwindigkeit sein, die in Datenübertragungsanlagen allgemein verwendet werden. Beispielsweise können sie aus einem bistabilen Flipflop bestehen, das den Ziffernimpuls aufnimmt und einen Transistor einschaltet. Geeignete Schaltgeräte lassen sich auch unter Verwendung von Tunnel-Dioden aufbauen.

ψ Der Wert des Parameters χ wird entsprechend praktischen Überlegungen gewählt. Wenn χ sehr klein ist, verursacht jede Schalter-Restspannung einen verhältnismäßig großen Fehlerstrom. Wenn dagegen χ zu dicht an Eins liegt, so wird der Wert von 2R sehr

kritisch bei der Einstellung der Verstärkung G₉₁ · Wenn R =

ό JL

490 Ohm, R = 600 Ohm und I = 3, 33 mA sind, die Schalterrestspannung 1, 0 mV und die Toleranz von R = ί 0, 01 betragen,

so ist der optimale Wert für χ etwa 0, 35.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Codiergerät zur Übersetzung eines augenblicklichen

Abtastwertes eines Analogsignals in eine Gruppe von Binärziffern eines reflektierten Binärcode mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Verstärkerstufen, von denen jede ein analoges Eingangssignal aufnehmen und ein analoges Ausgangssignal sowie entweder ein erstes oder ein zweites Ziffernausgangssignal erzeugen kann, und mit Schaltungen, die einen Vorstrom vom Verbindungspunkt zwischen dem Analogausgang jeder Stufe und dem Analogeingang der folgenden Stufe empfangen, dadurch gekennzeichnet,

daß zur nichtlinearen Übersetzung des Analogsignals in einen reflektierten Binärcode wenigstens zwei aufeinanderfolgende Stufen der Vielzahl von Verstärkerstufen je eibe Anzahl von alternativen Verstärkungswerten aufweisen, die durch den Ausdruck 2 +1 gegeben sind, wobei i die Ordnungszahl der Stufe ist, und daß Schalteinrichtungen (21) vorgesehen sind, die auf die Ziffernausgangs signale jeder vor der i-ten und nach der ersten Stufe liegenden Stufe ansprechen und den speziellen Wert der alternativen Verstärkungswerte bestimmen.

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2. Codiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (Stufe 1) mit einem ersten Verstärkungswert für sowohl das erste als auch das zweite Ziffernaus gangs signal arbeitet, daß die zweite Stufe (Stufe 2) mit einem zweiten Verstärkungswert für ein erstes Ziffernaus gangs signal und mit einem dritten Verstärkungswert für ein zweites Ziffernausgangssignal arbeitet und daß die dritte Stufe (Stufe 3) mit einem vierten Verstärkungswert für ein erstes Ziffernausgangssignal, einem fünften Verstärkungswert für ein zweites Ziffernausgangssignal der dritten Stufe und ein erstes Ziffernausgangssignal der zweiten Stufe und mit einem sechsten Verstärkungswert für ein zweites Ziffernausgangssignal der dritten Stufe und ein zweites Ziffernaus gangs signal der zweiten Stufe arbeitet.

3. Codiergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Stufe (Stufe 4) mit einem siebten Verstärkungswert für ein erstes Ziffernausgangssignal der vierten Stufe und ein erstes Ziffernausgangssignal der zweiten Stufe arbeitet, mit einem achten Verstärkungswert für ein erstes Ziffernausgangssignal der vierten Stufe und ein zweites Ziffernausgangssignal der zweiten Stufe arbeitet, mit einem neunten Verstärkungswert für ein zweites Ziffernausgangssignal der vierten Stufe und ein erstes Ziffernausgangssignal der zweiten Stufe arbeitet, mit einem zehnten Verstflrkungswert für ein zweites Ziffernausgangssignal

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der vierten Stufe, einem zweiten Ziffernausgangssignal der zweiten Stufe und einem ersten Ziffernausgangssignal der dritten Stufe arbeitet und mit einem elften Verstärkungswert für ein zweites Ziffernausgangssignal der vierten Stufe und ein zweites Ziffernausgangssignal sowohl von der zweiten als auch der dritten Stufe arbeitet.

4^ Codiergerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine

Schalteinrichtung (21), die auf ein zweites Ziffernausgangssignal der zweiten Stufe anspricht und die Verstärkung der dritten Stufe ändert.

5. Codiergerät nach Andpruch 4, dadurch gekennzeichnet,

ι daß die Verstärkungswerte je durch einen um den jeweiligen Ver-

stärker herumführenden Rückkopplungsweg bestimmt werden, der einen Widerstand (74, 84; Pig. 8) und eine einseitig leitende Einrichtung (73, 83") aufweist, daß das analoge Ausgangssignal am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der einseitig leitenden Einrichtung entnommen wird, und daß die Schalteinrichtung (z.B. 22; Fig. 5) wahlweise einen bestimmten der Rückkopplungswege einschaltet.

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6. Codier ge rät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stufe (Stufe 3; Fig. 8) zwei Verstärker enthält, daß der ppsitive und negative Analogausgang eines Verstärkers mit dem positiven und negativen Analogausgang des anderen Verstärkers verbunden ist, und daß die Schalteinrichtung (122; Fig. 8) wahlweise die Rückkopplungswege beider Verstärker (über R ) einzeln an Erde legt.

7. Codiergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Stufe (Stufe 3; Fig. 9) zwei Verstärker enthält, daß der posutive und negative Analogausgang eines Verstärkers mit dem positiven und negativen Analogausgang des anderen Verstärkers verbunden ist, und daß die Schalteinrichtung (222) den in Betrieb befindlichen Rückkopplungsweg des einen Verstärkers (über 2R) mit dem des anderen verbindet.

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