DE19626283C2 - Diskriminatorschaltung - Google Patents
DiskriminatorschaltungInfo
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Description
Erfindung betrifft eine Diskriminatorschaltung mit
einem Differenzeingang und einem Fensterdiskriminator zur Erzeugung eines Ausgangs
signals in Abhängigkeit von einer eine positive oder
eine negative Bezugsspannung (Schwellenspannung) über
schreitenden Eingangsspannung.
Solche Schaltungen haben die Aufgabe, ein Eingangs
signal in der Weise auszuwerten, daß beim Überschreiten
einer negativen oder positiven Bezugsspannung die Aus
gänge aktiviert werden. Die Schaltungen dienen z. B. als
Empfänger für gleichstromfreie Datensignale nach
CCITT-Empfehlung I.430.
Schaltungen dieser Art sind bekannt (z. B. in Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungstechnik, Ausgabe 1983, S. 180) und sollen im
folgenden beispielhaft anhand von Fig. 3 beschrieben
werden. Die in dieser Figur gezeigte Schaltung weist
zwei als Differenzeingang geschaltete Eingangsan
schlüsse IN1 und IN2 sowie Ausgangsanschlüsse OUT1 und
OUT2 auf. Ferner ist ein erster, ein zweiter und ein
dritter Komparatorverstärker (Operationsverstärker) A1,
A2 bzw. A3 sowie eine erste und eine zweite Bezugs
spannungsquelle REF1 und REF2 vorgesehen.
Der erste Komparatorverstärker A1 ist als Differenz
verstärker beschaltet und an seinem nichtinvertierenden
Eingang 3 über einen Widerstand R2 mit dem ersten Ein
gangsanschluß IN1 und an seinem invertierenden Eingang
2 über einen Widerstand R3 mit dem zweiten Eingangsan
schluß IN2 verbunden. Widerstände R1 und R4 bilden mit
den Widerständen R2 bzw. R3 in bekannter Weise jeweils
einen Eingangs-Spannungsteiler.
Die Komparatorverstärker A2 und A3 sind als Fenster
diskriminator geschaltet und jeweils an ihrem
invertierenden Eingang 2 bzw. ihrem nichtinvertierenden
Eingang 3 mit der ersten bzw. zweiten Bezugsspannungs
quelle REF1, REF2 verbunden. An den beiden anderen Ein
gängen dieser Komparatorverstärker liegt der Ausgang 6
des ersten Komparatorverstärkers A1 an.
Wenn der Differenzverstärker durch die Differenz seiner
Eingangssignale so weit ausgesteuert wird, daß seine
Ausgangsspannung die Bezugsspannungen über- oder unter
schreitet, liegt an den Ausgangsanschlüssen OUT1 und
OUT2 eine von Null abweichende Ausgangsspannung an. Die
Bezugsspannungen werden durch die Bezugsspannungs
quellen REF1 und REF2 sowie die Widerstandsverhältnisse
R1/R2 und R4/R3 bestimmt.
Infolge der hohen Leerlaufverstärkung durch den
Differenzverstärker zusammen mit der Widerstands
beschaltung ist eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung
bei niedrigen Frequenzen des Eingangssignals zu
erzielen. Nachteilig bei diesen Schaltungen ist jedoch
die Tatsache, daß diese Regelung bei höheren und hohen
Frequenzen aufgrund der Signallaufzeiten versagt, so
daß insoweit Gleichtaktsignale doch verstärkt werden.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Eingang
des ersten Komparatorverstärkers A1 aufgrund der
Beschaltung mit relativ hochohmigen Widerständen
empfindlich gegenüber eingestreuten Störsignalen ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine
Diskriminatorschaltung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die bis in den Bereich hoher Frequenzen eine
wesentlich bessere Gleichtaktunterdrückung aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer solchen
Diskriminatorschaltung durch eine zwei Stromquellen und
zwei Stromspiegelschaltungen aufweisende Differenzstufe
zur Erzeugung eines mit einem Differenz-Eingangsstrom
korrespondierenden Differenzstroms, sowie eine Ein
richtung zur Umwandlung des Differenzstroms in eine
Spannung, die dem Fensterdiskriminator zugeführt wird.
Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß der Ein
gang des Differenzverstärkers sehr niederohmig und
somit unempfindlich gegenüber eingestreuten Störfeldern
ist.
Ferner ist das Gesamtsystem nicht gegengekoppelt, so
daß nur geringe Phasendrehungen auftreten können und
die Gleichtaktunterdrückung gerade bei hochfrequenten
Eingangssignalen wesentlich verbessert ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Modifikationen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Differenzeingang ist danach mit den Basisan
schlüssen eines ersten und eines zweiten Transistors
verbunden, die zur Erzeugung von Stromspiegel
darstellenden Kollektorströmen basisseitig jeweils mit
einer Diode und einer Stromquelle beschaltet sind.
Zur Erzeugung des Differenzstroms kann der Stromspiegel
des ersten Transistors mit einer dritten Stromspiegel
schaltung gespiegelt und von dem Kollektorstrom des
zweiten Transistors subtrahiert werden.
Ferner kann die dritte Stromspiegelschaltung durch eine
dritte Diode und einen dritten Transistor gebildet
sein, wobei die Basis des dritten Transistors mit dem
Kollektor des ersten Transistors verbunden ist.
Die Einrichtung zur Umwandlung des Differenzstroms in
eine Spannung kann durch einen mit einem Widerstand
gegengekoppelten Inverterverstärker gebildet sein.
Ferner kann der Fensterdiskriminator einen ersten und
einen zweiten Komparator aufweisen, an deren jeweils
invertierendem bzw. nichtinvertierendem Eingang jeweils
eine erste bzw. zweite Bezugsspannungsquelle liegt,
wobei die Differenzspannung an den jeweils anderen Ein
gang des ersten und zweiten Komparators geführt ist.
Die Aufgabe wird auch durch eine Diskriminatorschaltung
der eingangs genannten Art gelöst, die einen ersten
und einen zweiten Transistor aufweist, die in Basis
schaltung geschaltet sind und mit deren Basisan
schlüssen eine Bezugsspannungsquelle, und mit
deren Emitteranschlüssen eine erste Stromquelle bzw.
eine zweite Stromquelle verbunden ist, wobei der
Differenzeingang zwischen den Emitteranschlüssen dieser
Transistoren liegt und eine Einrichtung zur Umwandlung
des Differenzstroms in eine Spannung, die dem Fenster
diskriminator zugeführt wird, vorgesehen ist.
Hierbei kann anstelle der Stromquellen jeweils ein
Widerstand vorgesehen sein.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin
dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
zweier Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es
zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsge
mäßen Diskriminatorschaltung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungs
gemäßen Diskriminatorschaltung;
Fig. 3 eine bekannte Diskriminatorschaltung der ein
gangs erläuterten Art;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Gleichtakt
unterdrückung der in Fig. 1 gezeigten
erfindungsgemäßen Diskriminatorschaltung im
Vergleich zu der bekannten Diskriminatorschal
tung gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungs
gemäßen Diskriminatorschaltung und
Fig. 6 eine graphische Darstellung von Eingangs- und
Ausgangssignalen der in Fig. 5 gezeigten
Schaltung.
Der Stand der Technik wurde eingangs bereits anhand der
Fig. 3 erläutert. Die in Fig. 1 gezeigt Ausführungs
form der Erfindung weist demgegenüber zwei Stromquellen I1
und I2 sowie zwei Stromspiegelschaltungen 10, 20 auf, die
jeweils durch einen ersten Transistor Q1, eine erste
Diode D1 bzw. einen zweiten Transistor Q2, eine zweite
Diode D2 gebildet sind. Der Differenz-Eingangsstrom
wird an Anschlüsse IN1 und IN2 angelegt, die jeweils
mit dem Basisanschluß des ersten bzw. zweiten
Transistors Q1, Q2 verbunden sind. Dieser Eingang ist
sehr niederohmig und wird praktisch nur durch die erste
und zweite Diode D1, D2 bestimmt.
Ferner ist eine dritte Stromspiegelschaltung 30 vorge
sehen, die einen dritten Transistor Q3 und eine dritte
Diode D3 aufweist und mit der der Stromspiegel der
ersten Stromspiegelschaltung 10 (Kollektorstrom des ersten
Transistors Q1) nochmals gespiegelt und von dem Strom
spiegel der zweiten Stromspiegelschaltung 20 (Kollektor
strom des zweiten Transistors Q2) subtrahiert wird.
Dazu ist die Basis des dritten Transistors Q3 mit dem
Kollektor des ersten Transistors Q1 verbunden, während
seine Emitter-Kollektorstrecke in den Kollektorweg des
zweiten Transistors Q2 geschaltet ist.
Der auf diese Weise erzeugte Differenzstrom liegt am
gemeinsamen Kollektor des zweiten und dritten
Transistors Q2, Q3 an und wird mit einem Inverterver
stärker A1, der mit einem Widerstand R1 gegengekoppelt
ist, in eine Spannung umgewandelt. Diese Spannung wird
in gleicher Weise wie in Fig. 3 von einem durch zwei
Komparatoren A2, A3 mit jeweils einer Bezugsspannungs
quelle REF1, REF2 gebildeten Fensterdiskriminator 50 aus
gewertet.
Wenn also der Differenzstrom so groß wird, daß die mit
dem Inverterverstärker A1/R1 erzeugte Spannung die Be
zugsspannungen über- oder unterschreitet, liegt an den
Ausgangsanschlüssen OUT1 und OUT2 eine von Null
abweichende Ausgangsspannung an. Die Bezugsspannungen
werden in bekannter Weise wiederum durch die erste und
zweite Bezugsspannungsquelle REF1 und REF2 bestimmt.
Die Eingangsströme an den Eingängen IN1 und IN2 dürfen
in positiver Richtung (D1 bzw. D2 leitend) fast be
liebig ansteigen, ohne daß die beschriebene Arbeits
weise aussetzt. Anders verhält es sich jedoch, wenn der
Eingangsstrom negativ wird. Wenn aus den Eingängen IN1
und IN2, z. B. durch eine auf der Eingangsleitung vor
handene Gleichtaktstörung, Strom herausfließt und
dieser Strom größer wird als der Strom aus I1 oder I2,
werden die Stromspiegel D1/Q1 bzw. D2/Q2 stromlos und
die Schaltung erkennt differentielle Eingangssignale
nicht mehr. Diesen Nachteil besitzt die weiter unten
anhand von Fig. 5 beschriebene dritte Ausführungsform
nicht.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.
2 gezeigt. Sie unterscheidet sich von der ersten Aus
führungsform insoweit, als anstelle der ersten und
zweiten Stromspiegelschaltung hierbei ein erster und
ein zweiter Transistor Q1, Q2 vorgesehen ist, die jeweils
in Basisschaltung geschaltet sind und mit deren
Basisanschlüssen eine Bezugsspannungsquelle REF3
verbunden ist. An dem Emitteranschluß des ersten
Transistors Q1 liegt eine erste Stromquelle I1,
während der Emitteranschluß des zweiten Transistors Q2
mit einer zweiten Stromquelle I2 verbunden ist. Der
Differenzeingang IN1, IN2 liegt zwischen den Emitteranschlüssen
dieser Transistoren Q1 und Q2.
Der Eingangswiderstand dieser Schaltung wird in
ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform
durch den differentiellen Widerstand der Emitter der
Transistoren Q1 und Q2 gebildet.
Die Stromquellen I1 und I2 können auch durch
jeweils einen Widerstand ersetzt werden.
Bei beiden Ausführungsformen können die gezeigten
bipolaren Transistoren natürlich auch durch
entsprechende MOS-Transistoren ersetzt werden.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Gleich
taktunterdrückung über der Frequenz eines Eingangs
signals, und zwar für die erfindungsgemäße Diskrimina
torschaltung gemäß Fig. 1 und die bekannte Diskrimina
torschaltung gemäß Fig. 3.
Aus diesem Diagramm wird die insbesondere bei höheren
Frequenzen gegenüber der bekannten Schaltung wesentlich
verbesserte Gleichtaktunterdrückung deutlich.
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfin
dung. Hierbei wird die Schaltung von zwei Spannungs
quellen V+ und V- symmetrisch versorgt. Der Arbeits
punkt wird durch die beiden Widerstände R1 und R2 sowie
die beiden Diodenschaltungen Q9 und Q10 eingestellt. Bei
gleicher Geometrie der Transistoren Q9, Q1, Q3 bzw. Q10,
Q2, Q4 werden alle Transistoren vom gleichen Ruhestrom
durchflossen. Die Emitter der genannten Transistoren
befinden sich etwa auf Massepotential. Eingangssignale
in Form von Wechselstrom durch die Widerstände R4 und
R5 modulieren den Kollektorstrom der Transistoren Q1,
Q3, Q2 und Q4. Eingangsströme durch R4 erscheinen
wegen der Stromspiegel Q5, Q6 bzw. Q7, Q8 invertiert
am Eingang des Strom/Spannungswandlers A1, Eingangsströme
durch R5 werden nichtinvertiert durch Q3 und Q4
weitergegeben, d. h. von den Eingangsströmen aus R4
subtrahiert. Die Diodenschaltungen Q11 und Q12 erzeugen
einen Spannungsabfall, damit Q3 und Q4 aussteuerbar
sind. Der Strom/Spannungswandler 40 sowie die
Fensterdiskriminatorschaltung mit A2/A3 und REF1/REF2
entsprechen den Ausführungsformen in Fig. 1 und Fig.
2.
Die Eingangsschaltung mit den Transistoren Q1 bis Q12
zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
Die Eingänge (hinter den Widerständen R4 und R5) sind für Ströme beider Richtungen niederohmige Stromknoten. Selbst bei großen Strömen, z. B. durch energiereiche Gleichtaktstörungen, finden nur geringfügige Spannungs änderungen an den differentiellen Widerständen der Ein gangstransistoren statt. Bei richtiger Auslegung der Widerstände R4 und R5 sowie der Trennkondensatoren C1 und C2 sind keine Maßnahmen gegen Überspannungen mehr erforderlich. Aus diesem Grund und wegen der guten Gleichtaktunterdrückung kann auf den üblichen Eingangs übertrager verzichtet werden.
Die Eingänge (hinter den Widerständen R4 und R5) sind für Ströme beider Richtungen niederohmige Stromknoten. Selbst bei großen Strömen, z. B. durch energiereiche Gleichtaktstörungen, finden nur geringfügige Spannungs änderungen an den differentiellen Widerständen der Ein gangstransistoren statt. Bei richtiger Auslegung der Widerstände R4 und R5 sowie der Trennkondensatoren C1 und C2 sind keine Maßnahmen gegen Überspannungen mehr erforderlich. Aus diesem Grund und wegen der guten Gleichtaktunterdrückung kann auf den üblichen Eingangs übertrager verzichtet werden.
Fig. 6 zeigt im oberen Teil das Diagramm eines
Dreieck-Eingangssignals Vdiff sowie eine überlagerte
Störspannung mit der 20fachen Amplitude, im unteren
Teil das Signal am Ausgang des Operationsverstärkers
A1, das die besonders wirkungsvolle Störunterdrückung
deutlich macht.
Die Bipolartransistoren Q1 bis Q12 können auch durch
MOS-Feldeffekttransistoren ersetzt werden.
Claims (10)
1. Diskriminatorschaltung mit einem Differenzeingang
und einem Fensterdiskriminator zur Erzeugung eines
Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer eine
positive oder negative Bezugsspannung (Schwellen
spannung) überschreitenden Eingangsspannung, ge
kennzeichnet durch eine zwei Stromquellen (I1 und
I2) und zwei Stromspiegelschaltungen (10; 20)
aufweisende Differenzstufe zur Erzeugung eines
mit einem Differenz-Eingangsstrom
korrespondierenden Differenzstroms, sowie eine Ein
richtung (40) zur Umwandlung des Differenz
stroms in eine Spannung, die dem Fenster
diskriminator (50) zugeführt wird.
2. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Differenzeingang (IN1, IN2)
mit den Basisanschlüssen eines ersten und eines
zweiten Transistors (Q1, Q2) verbunden ist, die zur
Erzeugung von Stromspiegel darstellenden Kollektor
strömen basisseitig, jeweils mit einer Diode (D1,
D2) und einer Stromquelle (I1, I2) beschaltet sind.
3. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Differenz
stroms der Stromspiegel des ersten Transistors (Q1)
mit einer dritten Stromspiegelschaltung (30)
gespiegelt und von dem Kollektorstrom des zweiten
Transistors (Q2) subtrahiert wird.
4. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die dritte Stromspiegel
schaltung (30) durch eine dritte Diode (D3) und einen
dritten Transistor (Q3) gebildet ist, wobei die
Basis des dritten Transistors mit dem Kollektor des
ersten Transistors (Q1) verbunden ist.
5. Diskriminatorschaltung nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (40) zur Umwandlung des Differenz
stroms in eine Spannung durch einen mit einem
Widerstand (R1) gegengekoppelten Inverterverstärker
(A1) gebildet ist.
6. Diskriminatorschaltung nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Fensterdiskriminator (50) einen ersten und einen
zweiten Komparator (A2, A3) aufweist, an deren je
weils invertierendem bzw. nichtinvertierendem Ein
gang jeweils eine erste bzw. zweite Bezugs
spannungsquelle (REF1, REF2) liegt und daß die
Differenzspannung an den jeweils anderen Eingang
des ersten und zweiten Komparators geführt ist.
7. Diskriminatorschaltung nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten und
einen zweiten Transistor (Q1, Q2), die in Basisschaltung
geschaltet sind und mit deren Basisanschlüssen
eine Bezugsspannungsquelle (REF3),
und mit deren Emitteranschlüssen eine erste Stromquelle
(I1) bzw. eine zweite Stromquelle (I2) verbunden
ist, wobei der Differenzeingang (IN1, IN2)
zwischen den Emitteranschlüssen dieser Transistoren
liegt und eine Einrichtung (40) zur Umwandlung
des Differenzstroms in eine Spannung, die dem
Fensterdiskriminator (50) zugeführt
wird, vorgesehen ist.
8. Diskriminatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß anstelle der Stromquellen (I1,
I2) jeweils ein Widerstand vorgesehen ist.
9. Diskriminatorschaltung nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Differenzeingang mit den Emitteranschlüssen eines
ersten und zweiten bzw. eines dritten und vierten
Transistors (Q1, Q2; Q3, Q4) verbunden ist, daß
der Eingangsstrom durch den ersten und zweiten
Transistor (Q1, Q2) mit Stromspiegel darstellenden
fünften und sechsten bzw. siebten und achten
Transistoren (Q5, Q6, Q7, Q8) invertiert und von
dem Eingangsstrom durch den dritten und vierten
Transistor subtrahiert wird und daß eine Einrichtung
(40) zur Umwandlung des Differenzstroms
in eine Spannung, die dem Fensterdiskriminator
(50) zugeführt wird,
vorgesehen ist.
10. Diskriminatorschaltung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltung von zwei
Spannungsquellen V+ und V- symmetrisch versorgt
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19626283A DE19626283C2 (de) | 1996-02-15 | 1996-06-29 | Diskriminatorschaltung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19605622 | 1996-02-15 | ||
DE19626283A DE19626283C2 (de) | 1996-02-15 | 1996-06-29 | Diskriminatorschaltung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19626283A1 DE19626283A1 (de) | 1997-08-21 |
DE19626283C2 true DE19626283C2 (de) | 1998-01-15 |
Family
ID=7785500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19626283A Expired - Fee Related DE19626283C2 (de) | 1996-02-15 | 1996-06-29 | Diskriminatorschaltung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19626283C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018114861A1 (de) * | 2018-06-20 | 2019-12-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Aktiver Filter zur Filterung von Gleichtaktstörungen |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3236599A1 (de) * | 1982-10-02 | 1984-04-05 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Schaltungsanordnung zum auswerten der von einer aktiven einbruchmeldeanlage empfangenen signalspannung |
GB2214745A (en) * | 1988-01-29 | 1989-09-06 | Hitachi Ltd | Solid state current sensing circuit and protection circuit |
-
1996
- 1996-06-29 DE DE19626283A patent/DE19626283C2/de not_active Expired - Fee Related
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GB2214745A (en) * | 1988-01-29 | 1989-09-06 | Hitachi Ltd | Solid state current sensing circuit and protection circuit |
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---|---|---|---|---|
DE102018114861A1 (de) * | 2018-06-20 | 2019-12-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Aktiver Filter zur Filterung von Gleichtaktstörungen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19626283A1 (de) | 1997-08-21 |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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