DE1939067B1 - Schaltungsanordnung zur Kompensation der bei der Demodulation von frequenzumgetasteten binaeren Datenzeichen auftretenden Gleichspannungsstoerkomponente - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Kompensation der bei der Demodulation von frequenzumgetasteten binären Datenzeichen infolge einer Frequenzverstimmung auftretenden Gleichspannungsstörkomponente.

Bei der Übertragung von binären Datenzeichen (Fernschreibzeichen) mit Frequenzmodulation besteht die Besonderheit, daß bei der Demodulation durch Frequenzfehler Verzerrungen auftreten. Unter Frequenzfehler kann hierbei allgemein die Abweichung der arithmetischen Mitte der empfangenen Trägerfrequenzen für den Trennstrom- und den Zeichenstromzustand von der Mittenfrequenz des Diskriminators verstanden werden. Die Frequenzfehler haben ihre Ursache meistens in Temperaturschwankungen, Alterung der verwendeten Bauteile und sonstige Beeinflussungen der frequenzbestimmenden Glieder.

Tritt ein Frequenzfehler auf, so wird dies vom Demodulator als eine den binären Empfangsdaten überlagerte Gleichspannung abgegeben, deren Größe vom Abstand der empfangenen Frequenz von der Eigenfrequenz des Demodulators abhängt. Bei einem Frequenzfehler bleibt die wechselspannungsmäßige Form der Tastung innerhalb des Linearen Teiles der Demodulationskennlinie erhalten. Eine Gleichspannungskomponente, die vom Frequenzfehler abhängig ist, verschiebt jedoch als zusätzliche Spannung die Ansprechschwelle der nachfolgenden Taststufe. Da die demodulierten Signale einen annähernd trapezförmigen Verlauf haben, verursacht jede Abweichung der Signale von den richtigen Nulldurchgängen eine einseitige Verzerrung der binären Datenschritte.

Bekannte Schaltungsanordnungen (deutsche Patentschriften 1131260, 1218 494), die nach der Demodulation wirken, verändern diese Verzerrungen entweder durch eine gleichstromfreie Kopplung vom Demodulator zur Taststufe oder durch eine Kompensation der auftretenden Gleichspannungskomponente mit einer Regelspannung, die durch Gleichrichtung und Siebung aus den Tastsignalen gewonnen wird. Dabei bleibt jedoch die Schrittdauer nicht erhalten. Der Regelbereich der Schaltung entspricht ungefähr dem Frequenzhub. Nach kurzzeitigen Unterbrechungen des Empfangssignals oder einem Kurzschluß des Empfangssignals sind die Schaltungen nicht mehr in der Lage, in den Regelbereich zurückzukehren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung aufzuzeigen, die gegenüber den bekannten Anordnungen verbesserte Eigenschaften bei der Kompensation der auftretenden Gleichspanmingsstörkomponente besitzt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gleichspannungssignal des Diskriminators an dem einen Eingang eines ersten Differenzverstärkers und eines zweiten Differenzverstärkers anliegt, daß dem ersten Differenzverstärker ein Begrenzerverstärker nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang das korrigierte Gleichspannungssignal entsteht, daß das korrigierte Gleichspannungssignal am anderen Eingang des zweiten Differenzverstärkers anliegt und daß der Ausgang des zweiten Difierenzverstärkers über ein Zeitglied mit dem anderen Eingang des ersten Differenzverstärkers verbunden ist.

Die neue Schaltungsanordnung ist in der Lage, die Dauerzustände zu erhalten und auszuregeln. Der Regelbereich der Schaltung beträgt ungefähr das Zwanzigfache des Frequenzhubes. Innerhalb des Regelbereiches bleibt der Restfehler und die Verzerrung sehr klein. Der Fangbereich der Schaltung beträgt etwa 90% des Regelbereiches. Der Aufwand für die Anordnung ist sehr gering und sie besitzt eine große Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen und Bauteilealterung. Es können handelsübliche Schaltbaustufen, wie Operationsverstärker, verwendet werden.

Die Störspannung wirkt sofort auf die Kompensationsschaltung, und es wird nicht, wie dies bei Regelschaltungen meistens der Fall ist, die Regelspannung erst nach dem Regelglied abgenommen. Die Schaltung eignet sich nicht nur für Fl-Betrieb (Wechselstromtelegrafie mit Frequenzmodulation), sondern auch für F6-Betrieb (Duoplexübertragung mit Frequenzmodulation). Die Schaltung läßt sich mit Vorteil auch dort anwenden, wo bisher aus mangelnder Temperaturstabilität die Demodulation frequenzumgetasteter Daten von höheren Frequenzen auf eine tiefere Frequenzlage verlegt wurde. Mit der Schaltung können auch Temperaturabweichungen eines Diskriminators kompensiert werden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß als Kompensationsschaltung ein Differenzverstär- — ker verwendet wird, in dem die Regelspannung aus ^ der Differenz des unbegrenzten mit dem begrenzten, demodulierten Signal erzeugt wird. In einem weiteren Differenzverstärker wird dem demodulierten Signal die gewonnene Regelspannung so zugesetzt, daß durch Subtraktion der beiden Spannungen der Frequenzfehler kompensiert wird.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von vorteilhaftenAusführungsbeispielenundZeitdiagrammen, die in den Figuren dargestellt sind, aufgezeigt.

Fi g. 1 zeigt im Blockschaltbild die neue Kompensationsschaltung bei F 1-Betrieb;

F i g. 2 zeigt im Zeitdiagramm die Gewinnung der Regelspannung zu Fig. 1;

F i g. 3 zeigt im Blockschaltbild die neue Kompensationsschaltung bei F 6-Betrieb (Duoplexübertragung mit Frequenzmodulation);

F i g. 4 zeigt im Zeitdiagramm die Gewinnung der Regelspannung zu Fig. 3;

Fig. 5 zeigt die neue Schaltungsanordnung mit zusätzlicher Stabilisierung.

Am Eingang £ des Blockschaltbildes in Fig. 1 m liegt die Diskriminatorausgangsspannung Ud an, die aus der Nachrichtenspannung Un und der Störgleichspannung Us zusammengesetzt ist. Am Ausgang A entsteht die Spannung Uv, die durch Begrenzen des Ausgangssignals Un des ersten Differenzverstärkers DFl entsteht. Die Spannung Uv wird in einer nachfolgenden Abtaststufe in den Flanken versteuert, so daß die binären codierten Daten mit steilen Flanken ausgegeben werden. Mit Hilfe des zweiten Differenzverstärkers DV2 wird die Störgleichspannung Us vom Diskriminatorausgangssignal Ud abgespalten.

Die Differenzverstärker DFl und DF2 sind als Operationsverstärker ausgeführt, die im Handel erhältlich sind. Bei diesen Schaltungen liegen die beiden Spannungen in Phase und Amplitude zueinander gleich. Einer der beiden Eingänge wird im Operationsverstärker negiert, so daß am Ausgang das Differenzsignal erscheint. In Fig. 1, 2 und 5 ist bei der Verwendung von Operationsverstärkern als Differenzverstärker derjenige Eingang, der das Signal negiert, mit » —« bezeichnet. Zur richtigen Arbeitsweise der Schaltung ist es dann erforderlich, daß die Ausgangsspannung des Begrenzerverstärkers B1 zur Eingangsspannung um 180° in der Phase gedreht ist.

Die Spannung Us steuert gleichzeitig mit der Dis- mensignal wird dann wieder im zweiten Differenzkriminatorausgangsspannung Ud den Differenzver- verstärker DVl mit der Spannung Ud verglichen, stärkerDFl an. Durch Subtraktion von Ud-Us er- Dabei ist zu beachten, daß die Spannungsamplitude gibt sich die Signalspannung Un am Ausgang von von Uv gleich sein muß der von Ud, ebenso müssen DVl, die unabhängig von einer Frequenzverstim- 5 die beiden Spannungen gleichphasig wirken, da ein mung ist, d. h., der Gleichstrommittelwert der Span- Eingang im Differenzverstärker negiert wird. Am nung Un wird durch eine FrequenzverSchiebung Ausgang des zweiten Differenzverstärkers DV2 entinnerhalb des Regelbereiches der Schaltung nicht steht dann wieder die Regelspannung Us, die der verschoben. Das Ausgangssignal Uv des Begrenzer- Störgleichspannung entspricht. Verstärkers B1 liegt an einem Eingang des zweiten io F i g. 4 zeigt im Zeitdiagramm die Regelspan-Differenzverstärkers DV2 an, und dem zweiten Ein- nungserzeugung. In Zeile 1 ist mit Ud dieDiskriminagang wird das Diskriminatorausgangssignal Ud züge- torausgangsspannung bezeichnet. Durch einen Freführt. Als Differenzsignal am Ausgang des zweiten quenzfehler ist dabei die Null-Linie um den Gleich-Differenzverstärkers DV2 erscheint die Störgleich- spannungswert Us nach oben verschoben. Das Ausspannung Us. Zur Abstimmung der Regelzeit wird 15 gangssignal der Additionsschaltung A ist mit Uv beanschließend in einem Zeitglied Gl, das im wesent- zeichnet. In Zeile 2 ist das Ausgangssignal des zweilichen als ÄC-Glied aufgebaut ist, die Störgleichspan- ten Differenzverstärkers DV2 eingezeichnet. Durch nung integriert. Das integrierte Signal liegt am ande- das nachgeschaltete Zeitglied Gl werden die Impulsren Eingang des ersten Differenzverstärkers DVl an. spitzen integriert, so daß eine konstante Gleichspan-

Die Fig. 2 zeigt im Zeitdiagramm die Erzeugung ao nung Us entsteht, die der Störgleichspannung entder Regelspannung. Zeile 1 zeigt die Diskriminator- spricht und im Differenzverstärker DFl von der Disausgangsspannung Ud, die einen trapezförmigen Ver- kriminatorausgangsspannung subtrahiert wird, lauf besitzt und deren Null-Linie um die Störgleich- Für die Schaltung in F i g. 3 ist es erforderlich, spannung Us durch einen Frequenzfehler verschoben daß in beiden Nachrichtenwegen vor der Additionsist. Der Spannungsverlauf Uv ergibt sich durch Ver- 25 schaltung keine Tiefpässe eingefügt sind. Die Tiefstärken und Begrenzen der Ausgangsspannung des passe zur Störimpulsbeseitigung werden erst nach der ersten Differenzverstärkers DFl. Diese beiden Span- Additionsschaltung in die beiden Nachrichtenwege nungen liegen an den beidenEingängen desDifferenz- Fl und V2 eingeschaltet.

VerstärkersDV2. Das Differenzsignal ist in Zeile 2 Die Differenzverstärker sind, wie in Fig. 1, handargestellt. Das Zeitglied Gl regelt die auftretenden 30 delsübliche Operationsverstärker mit einem negierten Spitzen aus, so daß eine konstante Gleichspannung Us Eingang. Für beide Schaltungen gilt, daß die Steuerentsteht, die der Störgleichspannung entspricht. Im signale an den Differenzverstärkern klein sind, damit ersten Differenzverstärker DFl wird diese von der eine gute Linearität und ein großer Regelbereich er-Diskrirninatorausgangsspannung subtrahiert, so daß zielt wird. Für die Regelzeitkonstante und für die die durch den Frequenzfehler hervorgerufene Ver- 35 Stabilität der Schaltung ist das Zeitglied Gl wichtig, zerrung kompensiert wird. Die Zeitkonstante des Gliedes Gl soll viel größer

Die Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild bei F6-Be- sein als die Einschwingzeit eines einzelnen binären trieb. Unter F6-Betrieb versteht man die gleichzeitige Schrittes der Nachricht, wobei hier immer die nied-Übertragung von zwei voneinander unabhängigen rigste auftretende Übertragungsgeschwindigkeit zubinären codierten Nachrichten in einem einzigen 40 gründe gelegt wird.

Übertragungskanal, wobei jeweils eine von vier Um- Durch die Verwendung von Operationsverstärkern tastfrequenzen ausgesendet wird. Jede der vier Fre- als Differenzverstärker besitzt die Schaltung bereits quenzen kennzeichnet einen bestimmten Modula- eine gute Stabilität gegenüber Temperatur- und Bautionszustand der beiden Nachrichten. Auf der Emp- teileänderungen. Durch einen einfachen Zusatz bei fangsseite werden die beiden Nachrichten mit Hilfe 45 der neuen Schaltung ist es möglich, eine Anordnung einer Kanaltrennschaltung voneinander getrennt und mit sehr guter Stabilität hinsichtlich Temperaturstehen an verschiedenen Leitungen zur Verfügung. Schwankungen, Bauteilestreuungen, Gleichlauffehler

Das Blockschaltbild in F i g. 3 entspricht dem in und andere Einflüsse zu erreichen. F i g. 1, nur ist beim ersteren die Spannung Uv die In F i g. 5 ist das Blockschaltbild von F i g. 1 dar-Summe der begrenzten Spannungen UvI und E/v2. 50 gestellt. Die verbesserte Stabilität wird durch Einfü- UvI und Uv2 stellen die von der Störgleichspannung gen einer Gegenkopplung in den Regelkreis erreicht, befreiten binären Nachrichtensignale der Nachrichten Die Nachrichtenspannung Un setzt sich aus der Fl und F2 dar. Sowohl das Signal vor als auch nach eigentlichen Nachrichtenspannung und einer beidem Begrenzerverstärker B1 wird einer Kanaltrenn- spielsweise temperaturabhängigen Spannung Ut zuschaltung KT zugeführt. Nach dem Begrenzerverstär- 55 sammen. Durch eine Differenzbildung von Un und Uv ker Bl entsteht die eine Nachricht Fl, nach dem Be- ergibt sich die temperaturabhängige Spannung Ut. grenzerverstärker B 2, der der Kanaltrennschaltung Die Subtraktion wird über die beiden Widerstände nachgeschaltet ist, entsteht die andere Nachricht F2. Rl und R2 vorgenommen, an denen die beiden Bei der Addition der beiden Spannungen im Addi- Spannungen anliegen. Die Ausgangsspannung des tionsglied A werden die beiden Spannungen Uv 1 und 60 Begrenzerverstärkers B1 liegt zu seiner Eingangs- Uv 2 mit einem bestimmten Verhältnis addiert und spannung gegenphasig. Die Widerstände müssen so zwar so, daß die Spannung Uv 1 den halben Wert von bemessen sein, daß sich die gegenphasigen Tastsignale Uv 2 aufweist. Das Additionsglied besteht im einfach- in der Amplitude aufheben. Mit dem Zeitglied G 2 sten Fall aus zwei Widerständen, denen die beiden wird die Spannung Ut integriert, wobei die Zeitkon-Spannungen phasen- und amplitudenrichtig zugeführt 65 stante des Zeitgliedes viel größer ist als die Einwerden. Durch diese Addition wird das Ausgangs- schwingzeit eines binären Datenschrittes. Die Spansignal des Diskriminators Ud nachgebildet, wobei es nung Ut steuert nun gleichzeitig mit der Nachrichtensich hier um das lineare F6-Signal handelt. Das Sum- spannung Uv den zweiten Differenzverstärker DV2.

Ut wirkt über den zweiten Differenzverstärker DV2, der für Ut bzw. Uv die Phase um 180° dreht, und über den ersten Differenzverstärker DFl einer Änderung von Un entgegen. Der Widerstand R 3 dient zur Entkopplung des Ausganges des Begrenzerverstärkers Bl vom Ausgang des Zeitgliedes G 2. Nach dem Widerstand R 3 wirkt die hochohmige Ausgangsspannung des Zeitgliedes G 2 auf die nun ebenfalls hochohmige Ausgangsspannung des Begrenzerverstärkers

Claims (5)

Patentansprüche: 10

1. Schaltungsanordnung zur Kompensation der bei der Demodulation von frequenzumgetasteten binären Datenzeichen infolge einer Frequenzverstimmung auftretenden Gleichspannungsstörkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichspannungssignal des Diskriminators an dem einen Eingang eines ersten Differenzverstärkers (DFl) und eines zweiten Differenzverstärkers (DF2) anliegt, daß dem ersten Differenzverstärker ein Begrenzerverstärker (B 1) nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang das korrigierte Gleichspannungssignal entsteht, daß das korrigierte Gleichspannungssignal am anderen Eingang des zweiten Differenzverstärkers (DV2) anliegt und daß der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers über ein Zeitglied (Gl) mit dem anderen Eingang des ersten Differenzverstärkers (D Vl) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Differenzverstärkers (DFl) und der Ausgang des Begrenzerverstärkers (B 1) einem Differenzglied zugeführt sind, daß der Ausgang des Differenzgliedes über ein weiteres Zeitglied (G 2) an den Eingang des zweiten Differenzverstärkers (DV 2) geführt ist, an dem der Ausgang des Begrenzerverstärkers (B 1) über einen Entkopplungswiderstand (R 3) anliegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Differenzglied aus zwei in Serie geschalteten Widerständen (R 1, R 2) besteht, denen die beiden Spannungen gegenphasig und mit gleicher Amplitude zugeführt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied ein ÄC-Glied eingeschaltet ist, dessen Zeitkonstante viel größer ist als die Einschwingdauer eines übertragenen binären Schrittes bei der niedrigsten Übertragungsgeschwindigkeit.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Duoplexnachrichtenübertragung in bekannter Weise nach dem Begrenzerverstärker (B 1) die eine Nachricht (Fl) entsteht, daß in bekannter Weise eine Kanaltrennschaltung (KT) die andere Nachricht (F 2) abtrennt, daß die beiden Nachrichtensignale an einer Additionsschaltung (^4) anliegen und daß das Ausgangssignal der Additionsschaltung am entsprechenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers (D F 2) anliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen