DE1920716C3 - Frequenzdiskriminator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzdiskriminator, der auf Eingangssignale mit zwei verschiedenen Frequenzen anspricht und erste und zweite Koinzidenzgatter und eine monostabil Schaltungsvorrichtung aufweist, die mit den beiden Gattern derart verbunden ist, daß sie koinzidierende Konditionierungsimpulse an das eine Gatter liefert, wenn das Eingangssignal die eine Frequenz aufweist und an das andere Galter, wenn das Eingangssignal die andere Frequenz aufweist. Die Erfindung eignet sich insbesondere, wenngleich nicht ausschließlich, zur Verwendung in Empfängern in einem Fernmeßsystem mit Frequenzumtast-Modulation, d. h. bei welchem die Information mittels zwei zeitlich aufeinanderfolgend austretenden verschiedenen Frequenzen übertragen wird.

Frequenzdiskriminatoren der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der US-PS 32 33 181 oder der DE-PS 12 62 332 bekannt. Bei den bekannten Disk; iminatoren ist die Anordnung so getroffen, daß die beiden unterschiedlichen Frequenzen unabhängig voneinander, d. h. unter Verwendung von zwei gesonderten Frequenzerkennungs- bzw. -nachweisschaltungen, die jeweils auf die eine bzw. auf die andere der beiden verschiedenen Frequenzen abgestellt sind, überwacht werden. Die bekannten Anordnungen bedingen daher einen unerwünscht hohen schaltungsmäßigcn Aufwand, der zudem nur schlecht ausgenützt wird, da die beiden unterschiedichen Frequenzen voraussetzungsgemäß nur in zeitlicher Aufeinanderfolge, nicht jedoch gleichzeitig auftreten, in jedem Zeitpunkt daher von den beiden gesonderten Frequenzerkennungs- bzw. -nachweisschaltungen jeweils immer nur eine aktuell benutzt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Frequenzdiskriminators der eingangs genannten Art zugrunde, bei welchem der schaltungsmäßige Aufwand gegenüber den bekannten Vorrichtungen verringert und insbesondere die unnütze Duplizierung von Schiiltungen bzw. Schaltungsteilen, die jeweils nur in zeitlicher Aufeinanderfolge benötigt werden, vermieden wird.

so Zu diesem Zweck ist bei einem Frcquenzdiskriminator der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die monostabile Schaltungsvorrichtung eine erste monostabile Schaltung umfaßt, deren Eingang in solcher Weise mit dem Eingang des Frequenzdiskriminators verbunden ist, daß sie in jeder Periode des Eingangssignals während einer vorbestimmten Zeitspanne in ihrem unstabilen Zustand betrieben wird und deren Ausgang derart mit den Gattern verbunden ist, daß sie einen Impuls zur Konditionierung an eine erste Eingangsklemme des ersten Gatters liefert, wenn die erste monostabile Schaltung in ihrem unstabilen Zustund ist und an die erste Eingangsklemme des zweiten Gatters, wenn die erste monostabile Schaltung in ihrem stabilen Zustand ist, sowie eine zweite

»^r> monostabile Schaltung, die mit dem Ausgang der ersten monostabilen Schaltung derart verbunden ist, daß sie beim Übergang der ersten monostabilen Schaltung von ihrem unstabilen Zustand in ihren stabilen Zustand für

eine gewisse Zeit in den unstabilen Zustand gebracht wird, und daß eine Differenzierschaltung zwischen dein Ausgang der zweiten monostabilen Schaltung und die zweiten Eingänge der Gatter geschaltet ist, um Impulse zur Konditionierung beim Übergang der zweiten monostabilen Schaltung von ihrem unstabilen in ihren stabilen Zustand zu liefern.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine vollständige Duplizierung der Frequenzerkennungsbzw, -nachweisschaltung für die beiden nachzuweisenden unterschiedlichen Frequenzen, die jedoch vo^raussetzungsgemäß stets nur in zeitlicher Aufeinanderfolge, nicht gleichzeitig auftreten können, vermieden und durch geeignete logische Verknüpfung erreicht, daß im wesentlichen mit einer einzigen Frequenzerkennungsbzw, -nachweisschaltung gleichwohl eine zuverlässige Diskrimination zwischen den beiden unterschiedlichen Frequenzzuständen des Eingangssignals gewährleistet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zweite monostabile Schaltung über eine zweite Differenzierschaltung mit dem Ausgang der ersten monostabilen Schaltung verbunden ist. Indem auf diese Weise die Triggerung der zweiten monostabilen Schaltung vom Ausgang der ersten monostabilen Schaltung aus über eine Differenzierschaltung erfolgt, kommen auf diese Weise Impulszeiten und Impulspausen in Entsprechung zu den beiden verschiedenen Frequenzen der Eingangssignale zustande. Gemäß zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die instabile (oder Verzögerungs-) Periode der ersten monostabilen Schaltung kleiner als die Periodendauer jedes der beiden Eingangssignale ist, derart, daß sie bei jeder Periode in den EIN-Zustand getriggert wird, während die instabile Periode der zweiten monostabilen Schaltung sich über eine beliebige gewünschte Anzahl von Perioden des Eingangssignals erstrecken kann. Auf diese Weise kann der Nachweis bzw. die Feststellung einer Frequenzänderung der Eingangssignale so verzögert werden, daß sie beispielsweise zwei oder drei Perioden nach der Änderung wirksam wird, d. h. in einem Zeitpunkt, in welchem vernünftigerweise davon ausgegangen werden kann, daß Übergangs- und Einschwingstörvorgänge, die ansonsten eine Störung verursachen könnten, nur mehr einen unerheblichen Betrag besitzen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich durch eine Zeitsteuerschaltiing, die das Impulstastverhältnis des Ausgangssignals der bistabilen Schaltung bei regelmäßigen Änderungen zwischen den beiden Frequenzen konstant hält und die einen Kondensator aufweist, der mit dem Ausgang der bistabilen Schaltung derart verbunden ist, daß er sich auf ein von dem Impulstastverhältnis der Ausgangsspannung der bistabilen Schaltung unabhängiges Potential auflädt und dadurch daß die zweite monostabile Schaltung mit dem Kondensator derart verbunden ist, daß die Zeitdauer deren unstabilen Zustandes von dem Potential am Kondensator abhängt. Diese Zeitsteuerschaltung, die gewährleistet, daß die Impulsdauern und Impulspausen (d. h. das Impuls-Tastverhäitnis) gleich und konstant sind, falls die Eingangssignaie ,regelmäßig /wischen ihren beiden Frequenzen alternieren, bildei einen Riickführ/.wcig vom Ausgang der bistabilen Schaltung zu der zweiten monostabilen Schaltung und steuert die Periode, während welcher sich diese in ihrem instabilen Zustand befindet. Diese Steuerschaltung kann gleichzeitig auch zur Kompensation gegenüber natürlichen, schaltungsbedingten Langzekänderungen, welche diese Periode beeinflussen können, dienen.

Wie bereits eingangs erwähnt eignet sich der Frequenzdiskriminator gemäß der Erfindung insbesondere zur Verwendung in einem Empfänger im Rahmen eines Fernnießsystems mit Frequenzumtast-Modulation, wobei das zwischen den beiden Frequenzen alternierende Signal zweckmäßig im Sprachfrequenzbereich liegen kann, derart daß gewöhnliche Post-Telefonleitungen zur Übertragung zwischen Sender und Empfänger verwendet werden können. Das Fernmeßsystem kann gemäß einem Frequenzteilungs-Multiplex-Verfahren betrieben werden, bei welchem Signale von einer Anzahl von Sendern über eine einzige Leitung an eine entsprechende Anzahl von Empfängern übertragen werden: insbesondere eignet sich der Frequenzdiskriminator gemäß der vorliegenden Erfindung zur Anwendung in einem Fernmeßsysiem der in der DOS 19 20 715 (entsprechend GB-PS 12 05 279) beschriebenen Art.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 das Schaltschema eines zur Verwendung in einem Empfänger vorgesehenen Frequenzdiskriminators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 die an verschiedenen Stellen der gezeigten Schaltung auftretenden Wellenformen.

Die zwischen zwei verschiedenen Frequenzen Π und

JO f2 alternierenden Eingangssignale (Fig.2a) werden in einem Begrenzer-Verstärker 3 verstärkt, amplitudenbegrenzt und nochmals verstärkt; die erhaltene Rechteckimpulsform wird invertiert (Fig. 2b) und sodann in einer Differenzierschaltung 4 differenziert. Der negative differenzierte Impuls, der jeweils beim positiven Übergang des Eingangs-Wechselsignals auftritt, dient zum Triggern eines monostabilen Multivibrators 5, dessen zwei Ausgangsgrößen (Fig. 2c und 2d) jeweils einem Eingang von zwei NUND-Gattern 6 bzw. 7 zugeführt werden.

Die Ausgangsgröße (F i g. 2c) wird außerdem in einer weiteren Differenzierschaltung 8 differenziert und zum Triggern eines monostabilen Multivibrators 10 (F i g. 2e) verwendet, wobei jeweils nach der Rückkehr der monostabilen Schaltung in ihren stabilen Zustand eine an lichte Zeitdauer, beispielsweise eine Viertelperiode der höheren Frequenz f2 besteht, während welcher die »Trägheit« der monostabilen Schaltung ausreicht, um zu verhindern, daß die differenzierte Ausgangsgröße die

so monostabile Schaltung sofort wieder in den »EIN«-Zustand triggert. Die Ausgangsgröße dieser monostabilen Schaltung wird in einer weiteren Differenzierschaltung 11 differenziert, in gesonderten Invertern 12, 13 invertiert (F i g. 2f) und sodann den anderen Eingängen der beiden NUN D-Gatter 6 bzw. 7 zugeführt. Das NUND-Gatter besitzt die Ausgangsgröße (0), wenn an ihren sämtlichen Eingängen gleichzeitig die Eingangsgröße (1) anliegt; für alle anderen Zustände besitzt das Gatter die Ausgangsgröße (1). Die wirksam? Ausgangs-

bo größe der NUND-Gatter6,7 ist die Ausgangsgröße (0), welche n-p-n-Transistoren in einem bistabilen Multivibrator 14 zugeführt wird. Im einzelnen ist für die niedrigere Frequenz f\ die Ausgangsgröße des NUND-Gatters 7 (F i g. 2g) wirksam, und für die höhere

Hί Frequenz fl uic Ausgangsgröße des NUND-Gatters 6 (Fig. 2h). Die Ausgangsgröße der bistabilen Schaltung wird durch eine /?C-Schaltung 15 geglättet und tritt in der Form von in Fig. 2j gezeigten Impulsen und

lnipulspausen auf; aus F i g. 2j ist ersichtlich, daß der anfängliche Impuls, der jeweils während dem Anliegen der Frequenz f\ bzw. während dem Anliegen der Frequenz (2 von dem entsprechenden NUND-Gattcr geliefert wird, die bistabile Schaltung umschaltet, derart, daß diese jeweils bei jeder Frequenzänderung von f\ nach (2 und umgekehrt ihren Zustand zwischen Impuls bzw. Impulspause, und umgekehrt, ändert. Der wesentliche Grund für diese Arbeitsweise besteht darin, daß während die Periode der beiden monostabilen Multivibratoren 5 und IO konstant ist, die Periode des F.ingangs-Sinussignals sich umgekehrt proportional zur Frequenz ändert, wobei in dem gezeigten Beispiel jede Frequenzänderung innerhalb von zwei oder drei Perioden nachgewiesen wird. Zwar kann diese Änderung innerhalb Grenzen, die von der Signalfrequen/. und den Verzögerungszeiten der monostabilen Multivibratoren abhängen, verlangsamt oder beschleunigt werden; jedoch ist zu beachten, daß je höher die »Frequenz« der Messung gewählt wird, um einen Wechsel zwischen f\ und (2 schneller nachzuweisen, um so größer auch die Wahrscheinlichkeit für eine falsche Triggerung infolge zusammenfallender Störrauschinipulse usw. ist.

Somit tritt für die Dauer der Signalfrequcnz (\ ein Impuls und für die Dauer der Signalfrequenz (2 eine Impulspause auf, und auf diese Weise wird der Informationsgehalt des FJngangssignals im Ausgang unterschieden.

Falls die Eingangssignalc regelmäßig zwischen den beiden Frequenzen Al und (2 alternieren, beispielsweise in Fällen, wo die empfangene Information von Impulsen mit einer gemäß einer Analog-Meßgröße veränderlichen Impulsfolgefrequenz abgeleitet wurde, soll das Impuls-Pausen-Verhälinis vorzugsweise den Wert 1 besitzen, insbesondere in F-'ällen, wo die Ausgangsgröße zur Wiedergabe der Analoggröße integriert werden soll. Zu diesem Zweck ist eine Steuer- bzw. Regelschaltung 16 zur Steuerung der Zeitverzögerung des monostabilen Multivibrators IO vorgesehen.

Im einzelnen wird hierbei ein Kondensator 17 über einen Widerstand 18 während der Dauer der »Impulspause« aufgeladen, während er sich während der Impulsdauer über den Widerstand 18 entlädt; die F.nlladung über den Widerstand 19 ist vernachlässigbar. Das Potential des Kondensators wird daher durch das Impulsdauer/!mpulspauscn-Verhältnis bestimmt und bestimmt seinerseits die Zeitverzögerung der monstabilen Multivibratorschaltung 10 über den Widerstand 19, indem eine Abnahme des Kondensalorpoteiilk.ls die Zeitverzögerung verlangen und entsprechend eine Zunahme des Kondensator potentials die Zeitverzögerung verkürzt. Durch Verlängerung der Zeitverzögerung wird eine Frequenzänderung früher nachgewiesen, derart, daß die Impulsdauer kürzer und entsprechend die Impulspause langer wird, und entsprechend wird bei einer Verkürzung der Zeitverzögerung die Impulsdauer länger und die Impulspause kürzer. Dies ist am besten anhand der Fig. 2k und 2ni verständlich; aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß wenn die Zeitverzögerung der monostabilen Multivibratorsciialiiiiig gemäß Fig. 2k wie gezeigt am Übergang zwischen f\ und (2 ausgedehnt wird, dann der Impuls (Fig. 2m) an der Hintcrflanke der Impulswcllcnform der monostabilen Multivibratorschaltung beendet würde, d. h. früher als vorher; die Impulspausendauer wird dabei gleich/eilig ausgedehnt. Unter Berücksichtigung der gezeigten Steuerschaltung wird jedoch der Kondensator 17 während der Impulspause aufgeladen und entlädt sich während der Impulsdauer über den gleichen Widerstand 18, derart, daß das mittlere Potential an dem Kondensator konstant bleiben muß, die iiiipulsdauern und Impulspausen selbst daher gleich bleiben, wobei die Zeitverzögerung der monostabilenSchaltung 10 einen G leidige wichtswert annimmt.

Diese Steuerschaltung bewirkt ferner eine gewisse Kompensation hinsichtlich Temperaturveranderungen. Alterungserscheinungen usw.; sollte sich nämlich die

J5 Verzögerungsdauer des monostabilen Multivibrators ändern, so ändert sich das Verhältnis von Impulsdauer und Impulspause (»Impulstastverhältnis«) ebenfalls, wobei sich ein neuer Mittelwert des Potentials des Kondensators 17 einstellt, der seinerseits wiederum ein gleiches Impulstastverhältnis. herstellt, indem die Zeitverzögerung so geändert wird, daß sie wieder ihren Gleichgewichtszustand einnimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Frequenzdiskriminator, der auf Eingangssignale mil zwei verschiedenen Frequenzen anspricht und erste und zweite Koinzidenzgatter und eine monostabile Schaltungsvorrichtung aufweist, die mit den beiden Gattern derart verbunden ist, daß sie koinzidierende Konditionierungsimpulse an das eine Gatter liefert, wenn das Eingangssignal die eine Frequenz aufweist und an das andere Gatter, wenn das Eingangssignal die andere Frequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Schaltungsvorrichtung eine erste monostabile Schaltung (5) umfaßt, deren Eingang in solcher Weise mit dem Eingang des Frequenzdiskriminaiors verbunden ist, daß sie in jeder Periode des Eingangssignals während einer vorbestimmten Zeitspanne in ihrem unstabilen Zustand betrieben wird und deren Ausgang derart mit den Gauern (6, 7) verbunden ist, daß sie einen Impuls zur Konditionierung an eine erste Eingangsklemme des ersten Gatters (6) liefert, wenn die erste monostabile Schaltung (5) an ihrem unstabilen Zustand ist und an die erste Eingangsklemme des zweiten Gatters (7), wenn die erste monostabile Schaltung (5) in ihrem stabilen Zustand ist, sowie eine zweite monostabile Schaltung (10), die mit dem Ausgang der ersten monostabilen Schaltung (5) derart verbunden ist, daß sie beim Übergang der ersten monostabilen Schaltung (5) von ihrem unstabilen Zustand in ihren stabilen Zustand für eine gewisse Zeit in den unstabilen Zustand gebracht wird, und daß eine Differenzierschaltung (11) zwischen dem Ausgang der zweiten mon.ostabilen Schaltung (10) und die zweiten Eingänge der Gatter (6,7) geschaltet ist, um Impulse zur Konditionierung beim Übergang der zweiten monostabilen Schaltung (10) von ihrem unstabilen Zustand in ihren stabilen Zustand zu liefern.

2. Frequenzdiskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite monostabile Schaltung (10) über eine zweite Differenzierschaltung (8) mit dem Ausgang der ersten monostabilen Schaltung (5) verbunden ist.

3. Frequenzdiskriminator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen der Gatter (6, 7) mit einer bistabilen Schaltung (14) verbunden sind, die einen ersten stabilen Zustand einnimmt, wenn von dem ersten Gatter (6) ein Ausgangssignal geliefert wird und die einen zweiten stabilen Zustand annimmt, wenn von dem zweiten Gatter (7) ein Ausgangssignal geliefert wird.

4. Frequenzdiskriminator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuerschaltung (16), die das Impulstastverliältnis des Ausgangssignals der bistabilen Schaltung (14) bei regelmäßigen Änderungen zwischen den beiden Frequenzen konstant hält und die einen Kondensator (17) aufweist, der mit dem Ausgang der bistabilen Schaltung derart verbunden ist, daß er sich auf ein von dem Itnpulstastverhältnis der Ausgangsspannung der bistabilen Schaltung (14) abhängiges Potential auflädt und dadurch, daß die zweite monostabile Schaltung (10) mit dem Kondensator (17) derart verbunder ist, daß die Zeitdauer deren unstabilen Zustandes von dem Potential am Kondensator (17) abhängt.

5. Freauenzdiskriminator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unstabile Periode der zweiten monostabilen Schaltung (10) sich über mehr als eine Periode des Eingangssignals der niedrigen Frequenz erstreckt.