DE1900368C3

DE1900368C3 - Pulscodemodulator

Info

Publication number: DE1900368C3
Application number: DE1900368A
Authority: DE
Inventors: William George Rockville Schmidt, Md.
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1968-01-08
Filing date: 1969-01-04
Publication date: 1981-07-30
Also published as: US3500247A; GB1207651A; SE345940B; NL6900297A; NL162272C; FR1604306A; DE1900368A1; DE1900368B2; NL162272B

Description

Die ErPndung bezieht sich auf einen Pulscodemodulator mit Verstärkerschaltung mit stufenweise unterschiedlichem Verstärkungsgrad und mit einem Analog-Digital-Wandler.

Es ist ein Ainplitudenwandler bekannt, der einerseits den Analogwert mit einer (durch seine Zuordnung zu einem der linearen Bereiche einer Knick-Kennlinie vorgegebenen Verstärkung) einem ersten Codierer und andererseits eine den gerade zur Anwendung gelangenen Verstärkungsgrad betreffende Information einem zweiten Codierer zuführt (Transmission aspects of Communications Networks, vermutlich von 1964, mit Sicherheit jedoch vor 1968).

Auch ist eine mit Pulscodemodulation arbeitende Übertragungsanlage (DE-AS 11 51 550) bekannt, bei welcher nach Ermittlung des zu einem bestimmten Probenwertes gehörenden Quantisierungsbereiches nur die in diesen Bereich fallende Teilamplitude codiert wird, wobei der Überschuß des Probenwertes über die untere Amplitudengrenze des jeweiligen Bereiches ausgewertet wird.

Die bekannten Verfahren können jedoch keine Signalauflösung über den gesamten Bereich auftretender Signale erreichen, ohne daß dabei bei hohen

Signalamplituden die Auflösung verschlechtert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pulscodemodulator der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Signalauflö- ~j sung über den gesamten Bereich auftretender Signale erzielt wird, wobei die Auflösung auch bei hohen SignaJamplituden nicht verschlechtert ist

Dies wird durch einen Pulscodemodulator der eingangs genannten Art erreicht, indem eine Mehrzahl

ίο von Verstärkern an den Signaleingang angeschlossen und in einer Reihenfolge mit steigenden Verstärkungen angeordnet sind, und eine Durchschalteinrichtung vorhanden ist zum Koppeln desjenigen Verstärkerausganges, der die höchste, ein vorbestimmtes Maximum jedoch nicht überschreitende, Amplitude hat, an den Analog-Digital-Wandler.

Weitere Ausgestaltungen des Pulscodemodulators gemäß der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 ist ein Blockdiagramm eines Pulscodemodulators gemäß der Erfindung.

F i g. 2 i*t eine Wahrheitstabelle für den Pulscodemodulatorgemäß Fig. 1.

F i g. 3 zeigt die Verstärkungskurve für den Pulscodemodulator gemäß F i g. 1.

F i g. 4 ist ein Blockdiagramm für einen Decodierer für den Puiscodemodulator gemäß F i g. i.

jo Gemäß Fig. 1 wird das an einen Eingang 10 angelegte Analogsignal zu fünf parallelgeschalteten Verstärkern A 1, A 2, A 3, A 4 und A 5 abgezweigt, die Verstärkungen von 1 bzw. 2, 3, 4 und 5 haben. Die aufeinanderfolgend in Beziehung stehenden Verstärkungen der fünf Verstärker Λ 1 bis Λ 5 sind !»us F i g. 3 erkennbar, in der die geraden Linien, die mit A 1, A 2, A3, A Λ und A 5 bezeichnet sind, die Beziehung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung bzw. die Verstärkung des betreffenden Verstärkers darstellen.

Der Ausgang jedes Verstärkers wird zu einem zugeordneten Torglied 12 bzw. 14,16,18 und 20 geführt, wobei die Torglieder hier als Feldeffekttransistoren dargestellt sind. Die Ausgänge der Verstärker Λ 2, Λ 3, A 4 und A 5 werden weiterhin zu Schwellwertdetektoren 22 bzw. 24, 26 und 28 geführt, deren jeder den gleichen voreingestellten Schwellwertpegel v_ma hat. Die Schwellwertdetektorausgänge werden an eine Verstärkerauswahl-Logik 30 angelegt, die Inverter 32, 34, 36 und 38 sowie UND-Glieder 40,42 und 44 enthält. Die Verstärkerauswahllogik 30 hat fünf Ausgangsleitungen, die mit L\ bis LS bezeichnet sind, und sie ist so gestaltet, daß sie diejenige Ausgangsleitung L 1 bis L 5 erhöht, die dem Verstärker A 1 bis A 5 entspricht, der das höchste Signal hat, welches den maximalen Schwellwertpegel v_max nicht überschreitet.

Die Ausgänge der Verstärkerauswahl-Logik 30 sind einzeln mit den Torgliedern 12, 14, 16, 18 und 20 verbunden und zu einem Logikstromkreis 46 geführt.

Die Ausgänge der Torglieder sind miteinander verbunden und an einen Haltestromkreis 48 von der Art einer Diodenbrücke angelegt, welcher die Analogsignale in eine impulsamplitudenmodulierte Wellenform umwandelt. Vor einer solchen Umwandlung wird die Amplitude der Analogsignale um einen Betrag gleich V_m,_n (F i g. 3) verringert. Dies kann mittels irgendeiner in der Technik bekannten Spannungssubtraktionseinrichtung 50 erfolgen, beispielsweise mittels einer reihengeschalteten

Batterie, einer Zenerdiode mit einer Durchbruchspannungvon V_01nOd. dgL

Das Signal aus dem Haltstromkreis 48 wird zu einem linearen Codierer 52 geführt. Der Codierer 52 quantisiert jeden Impuls durch Auswählen des ihm nächstliegenden Amplitudenpegels und erzeugt ein 8 Bits aufweisendes entsprechendes Binärcodewort- Dieses Binärcodewort wird durch Erhöhen der Potentiale auf Einstell- und Rückstelleitungen 54 am Ausgang des Codierers 52 dargestellt, und diese Potentials bringen die bistabilen Stufen 54 bis 51 1 in einem Ausgangsregister 56 in die dem Codewort entsprechenden Zustände.

In dem Logikstromkreis 46 werden drei FHp-Flops 58, 60 und 62 über die Ausgangsleitungen LX bis LS des Verstärker-Auswahl-Logikstromkreises 30 einzeln in ihren eingestellten oder rückgestellten Zustand gemäß der Wahrheitstabelle gebracht, die in F i g. 2 wiedergegeben ist, wobei dieser Vorgang durch ein Netz von Dioden-ODER-Gliedern ausgeführt wird. Die Einstell- und Rückstellausgänge der Flip-Flops bringen ihrerseits die bistabilen Stufen 51 und 53 des Ausgangsregisters 56 in die entsprechenden Zustände, um den Verstärkerkanal zu identifizieren, der für das Codewort in den Registerstufen 54 bis 511 verwendet wird.

Wenn das Ausgangsregister 56 mit den Kanalidentifizierungsbits in den Stufen 51 bis 53 und den Bits des Impulszahlmodulations-Wortes in den Stufen 54 bis 511 vollständig beschickt worden ist, wird es in Reihe abgelesen und als Impulszahlmodulationsausgang an den Anschluß 64 gegeben.

Der Decodierer gemäß F i g. 4 ist so ausgebildet, daß er am Empfängerende eines Nachrichtenübertragungss > stems verwendet werden kann, bei dem der Pulscodemodulator gemäß F i g. 1 Anwendung findet. Das Pulscodemodulationssignal wird nach Übertragung an einen Eingangsanschluß 66 geführt. Das Signal wird einem 11 stufigen Eingangsregister 68 zugeführt, dessen drei ersten Stufen von einem Logikstromkreis 70 und dessen acht letzte Stufen von einem linearen Decodierer 72 abgefühlt werden.

Der Logikstromkreis 70 enthält drei Flip-Flops und fünf UND-Glieder, die so angeordnet sind, daß sie nach der Wahrheitstabelle gemäß Fig.2 decodieren und diejenige der Ausgangsleitungen Bl bis BS erhöhen, die dem Verstärkungskanal gemäß F i g. 1 entspricht.

Der lineare Decodierer 72 wandelt jeden 8-Bit-Code in eine äquivalente Impulsamplitude um und führt ihn zu dem Haltestromkreis 74. Der letztere kann der gleiche sein wie der Prüf- und Haltestromkreis 48 in der Codiereinrichtung, jedoch ist er umgekehrt geschaltet, d. h., der Impulseingang wird dem Haltekondensator zugeführt, und der Analogausgang wird von der Diodenbrücke abgenommen. Der Ausgang des Haltestromkreises 74 wird einem Satz von Verstärkern 76 über eine Addiereinrichtung 78 zugeführt, welche das Potential V_mm hinzufügen.

Die Verstärker 76, die den in F i g. 1 dargestellten identisch sind, führen das Analogsignal von der Addiereinrichtung 78 zu dem richtigen Ausgangsverstärkerkanal unter der Steuerung des Logikstromkreises 70. Die Ausgangsverstärker A 6, A 7, A 8, A 9 und A 10 haben Verstärkungen von Vs bzw. ¹A, '/3, Vi und 1. Hierdurch wird die eingeführte Verzerrung wieder beseitigt und das Analogsignal an einem Ausgangsanschluß 80 in seiner ursprünglichen Form wiederhergestellt.

Das Arbeiten des Pulscodemodulators gemäß der Erfindung wird nunmehr beschrieben, indem der Weg eines an den Signaleingang 10 angelegten Analogsignals bis zum Ausgangsanschluß 80 verfolgt wird. Es sei angenommen, daß V_n^_x = 10 V beträgt und- daß der Augenblickswert des Analogsignals 3 V ist.
Die fünf Verstärker Λ 1 bis Λ 5 wirken gleichzeitig auf das Eingangssignal ein und erzeugen Ausgänge von 3 bzw. 6,9,12 und 15 V. Da alle Schwellwertdetektoren 22, 24, 26, 28 so eingestellt sind, daß sie bei dem Pegel Vm_3x = 10 V schalten, liegen die Ausgärge der beiden Schwellwertdetektoren 26 und 28 oberhalb von 10 V, während die Ausgänge der anderen beiden Schwellwertdetektoren 22 und 24 darunter liegen. Der erhöhte Ausgang des Schwellwertdetektors 28 konditioniert das UND-Glied 40 ein und bewirkt, daß der Inverter 32 die Ausgangsleitung L 5 der Verstärker-Auswahl-Logik 30 senkt, so daß die Leitung L 5 ein niedriges Potential hat. Der erhöhte Ausgang des Schwellwertdetektors 26 konditioniert das UND-Glied 42 ein und bewirkt, daß der Inverter 34 seinen Ausgang verringert, wodurch das UND-Glied 40 blockiert und die Ausgangsleitung A 4 ein niedriges Potential erhält. Der Schwellwertdetektor 24 hat ein niedriges Potential am Ausgang. Dies bewirkt, daß der Ausgang des Inverters 36 sich erhöht und in Verbindung mit dem Konditionierungssignal vom Schwellwertdetektor 26 das UND-Glied 42 wirksam macht. Die Leitung L 3 hat daher ein erhöhtes Potential. Der niedrige Ausgang des Schwellwertdetektors 24 blockiert das UND-Glied 44, so daß die Leitung L 2 ein niedriges Potential hat. Der Ausgang des Schwellwert-

jo detektors 22 bewirkt ein niedriges Potential auf der Leitung L 1.

Somit wirkt der Verstärkerauswahl-Logikstromkreis 30 dahingehend, diejenige Ausgangsleitung zu erhöhen, die demjenigen Verstärkerkanal entspricht, der den höchsten Ausgang hat und den Pegel V_ma, nicht überschreitet. Das erhöhte Potential auf der Leitung L 3 leitet den Ausgang des Verstärkers A 3 über das Torglied 16 zur Subtraktionseinrichtung 50, während die niedrigen Potentiale auf den Leitungen A 1, A 2, A 4 und A 5 die Torglieder 20 bzw. 18,14 und 12 gesperrt halten. Dies führt zur Kurve nach F i g. 3 (starke Zick-Zack-Linie) und gewährleistet, daß jedes Eingangssignal in seinem maximalen Ausmaß innerhalb von 10 V verstärkt wird, bevor es weiter behandelt wird.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß der Hauptteil der Kurve im oberen Arbeitsbereich liegt, während der einzige im unteren Bereich liegende Teil vom Nullpunkt entlang der Verstärkungskurve des Verstärkers A 5 verläuft und Eingangssignalen mit sehr kleiner Amplitude entspricht Da diese Signale kleiner Amplitude im wesentlichen keine Information bei Sprachübertragungen enthalten, können sie ohne Beeinträchtigung der Wiedergabetreue unterdrückt werden. Dies wird von der Subtraktionseinrichtung 50 bewirkt, die beispielsweise V_mm = 5 V von dem Verstärkertorausgang abzieht Diese Subtraktion von 5 V hat die Wirkung, daß die Abzissen- bzw. V_mm-Koordinatenlinie in Fig.3 bis zu dem V_m,_n-Pegel verschoben wird, wodurch der Arbeitsbereich hinter der Subtraktionseinrichtung 50 von 10 V auf 5 V herabgesetzt wird. Wie bereits oben erwähnt, wird durch eine derartige Verringerung von 2:1 die Auflösung des Impulszahlmodulationssignals verdoppelt, und es werden beträchtliche Einsparungen in den Herstellungskosten des Haltekreises und des Codierers sowie ein schnelleres Arbeiten ermöglicht

Mit einem 9-V-Eingang führt die Substraktionseinrichtung 50 einen 4-V-Ausgang zu dem Haltestromkreis 48, der seinerseits das 4-V-Analogsignal in einen Impuls

mit einer Amplitude von 4 V umwandelt. Dieser Impuls wird dem Codierer 52 zugeführt, wo er dem nächstliegenden der 256 Amplitudenpegel quantisiert und in einen entsprechenden 8-Bit-Digitalcode umgewandelt wird. Die Bits werden an die Binärstufen 54 bis 511 des Ausgangsregisters 56 über die Einstell- und Rückstelleitungen 54 angelegt.

Zur gleichen Zeit wird das aus der Verstärkerauswahl-Logik 30 erhaltene Signal auf der Leitung L 3 dem Logik-Stromkreis 46 zugeführt. Dieses Signal gelangt zu den Flip-Flops 58, 60 und 62, um dadurch diese drei Flip-Flops in eine »0-1-0«-Folge gemäß der Wahrheitstabelle der F i g. 2 zu bringen. Die Zustände der Flip-Flops werden auf ihre Einstell- und Rückstellausgänge reflektiert, die ihrerseits die A-usgangsregisterstufen 51, 52 und 53 in den »0«- bzw. »i«- und »0«-Zustand bringen. An dieser Stelle ist das Ausgangsregister 56 vollständig mit den Bits der ersten drei Stufen gefüllt, welche den Verstärker A 3 identifizieren, und die Bits in den letzten acht Stufen ergeben die codierte Darstellung des Quantisierungspegels, der dem 4-Volt-Signal am nächsten liegt. Der Inhalt des Ausgangsregisters 56 wird dann zum Anschluß 64 übertragen.

Gemäß F i g. 4 wird das empfangene Pulscodemodulationssignal an den Eingangsanschluß 66 angelegt, von

ο welchem es in das Eingangsregister 68 gelangt. Sobald die ersten drei Stufen des Registers, welche die Kanalidentifizierungsbits enthalten, gespeist sind, werden sie von dem Logikstromkreis 70 abgefühlt, wohingegen die letzten acht Stufen, welche die

ίο codierten Impulsbits enthalten, von dem Impulszahlmodulation-Decodierer 72 abgefühlt werden. Dieser wandelt das Codewort in einen 4-V-lmpuls zurück und legt den Impuls an den Haltestromkreis 74 an, dessen 4-V-Analog-Ausgang der Addiereinrichtung 78 zuge-

i¹) führt wird, wo 5 V wieder hinzugefügt werden. Der Logik-Stromkreis 70 erhöht die Ausgangsleitung B 3, welche ein 9-V-Signal über den Ausgangsverstärker A 8 führt. Mit einer Verstärkung von Vs wird die Vergrößerung, die vor der Übertragung eingeführt worden ist, beseitigt, und das ursprüngliche Signal wiederhergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pulscodemodulator, mit Verstärkerschaltung mit stufenweise unterschiedlichem Verstärkungsgrad und mit einem Analog-Digital-Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Verstärkern (A 1 bis A 5) an den Signaleingang (10) angeschlossen und in einer Reihenfolge mit steigenden Verstärkungen angeordnet sind, und daß eine Durchschalleinrichtung (22,24,26,28,30,12,14, 16, 18, 20) vorhanden ist, zum Koppeln desjenigen Verstärkerausganges, der die höchste, ein vorbestimmtes Maximum jedoch nicht überschreitende Amplitude hat, an den Analog-Digital-Wandler (48, 52).

2. Pulscodemodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchschakeinrichtung eine Mehrzahl von Schwellwer^detektoren (22, 24, 26, 28) von UND-Gliedern (40, 42, 44) und von Invertern (32,34,36,38) aufweist.

3. Pulscodemodulator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von auf die Ausgänge der Schwellwertdetektoren (22, 24, 26, 28) ansprechenden Torgliedern (12,14,16,18,20), welche einen Ausgang für denjenigen Verstärker (A 1 bis A 5) erzeugen, der die höchste, ein vorbestimmtes Maximum jedoch nicht überschreitende Amplitude hai.

4. Pulscodemodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Subtraktionseinrichtung (50) an den Ausgang der Torglieder (12, 14, 16, 18, 20) der Durchschakeinrichtung angeschlossen ist.

5. Pulscodemodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Logik-Stromkreis (46), der auf die Ausgänge der UND-Glieder (40,42,44) der Durchschalteinrichtung anspricht und einen den ausgewählten Verstärker kennzeichnenden Teilcode erzeugt.