DE2014256A1 - Frequensmodtilationskreis für binäre Daten - Google Patents

Description

THE NATIONAL, CASH REGISTER COMPANY Dayton, Ohio (V.St.A.)

Patentanmeldung

Unser Az: 1181/Germany

FREQUENZMODULATIONSKREIS FÜR BINÄRE DATEN

Die Erfindung betrifft ein· Schaltung zum Umwandeln eines binären Eingangssignals, das einen ersten oder zweiten Pegel aufweist, in Ausgangssignale mit einer ersten oder zweiten Frequenz.

In der DatenUbertragungstechnik war es bisher üblich, daß das Im Sender modulierte Signal nach der Übertragung im Empfänger periodisch abgetastet wurde, um festzustellen, welche der beiden vorgegebenen Frequenzen jeweils übertragen wurde.

Ein Nachteil der bekannten Systeme ist es, daß das zu. übertragende Signal gestört wird, wenn bei der .Umschaltung im Sender von einer ersten auf eine zweite Frequenz entsprechend der zu übertragenden Information die zweite Frequenz nicht die gleiche Phasenlage wie die erste Frequenz aufweist. In diesem Fall wird die Amplitude des zu übertragenden Signals über eine'Zeit von mehreren Perioden gestört; Dadurch besteht die Gefahr, daß im Empfänger bei der frequenzmäßigen Abfrage des empfangenen Signals ein Fehler auftreten kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Frequenzmodulätionskreis anzugeben, der die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Schaltungen nicht aufweist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Zähler in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignals mit unterschiedlichen ersten oder unterschiedlichen zweiten Impulsfolgen beaufschlagt werden und daß jeweils ein Zählerauagangssignal eine Ausgangsschaltung ansteuert und gleichzeitig beide Zähler auf den Zählwert null setzt.

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Die Erfindung wird anhand eines AusfUhrungsbeispleles mit Hilfe von Figuren erläutert· Diese zeigen:

Flg. l(a) und 1 (b) ein Blockschaltbild des erfindungsge-

raäßen Frequenzmodulationskreises,

Fig. 2 ein ImpulsdiagraS der in der Schaltung nach Fig. 1

auftretenden Wellenformen, und

Fig. 3 ein weiteres Impulsdiagrarä zur Darstellung der zu

verschiedenen Zeiten in Fig. 1 auftretenden Impulse.

In Fig. 1 wird an eine Elngangsklerame 10 in digitaler Form

von ein Taktimpuls angelegt. Dieser wird geeign&erweise -an- einem nicht

dargestellten Quarzoszillator erzeugt« der vorzugsweise mit Hilf· eines Flipflops ein rechteckfönnigee Signal erzeugt. Der Taktimpuls r ist in Fig. 2 (a) dargestellt.

Dieser an die Klemme 10 angelegte Taktimpuls wird an ein Flipflop 12 angelegt, durch das die Taktfrequenz halbiert wird, wie in Flg. 2 (b) dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Flipflops 12 gelangt auf eine Leitung 14. Diese in Fig. 2 (b) dargestellte halbierte Taktfrequenz wird an ein zweites Flipflop 16 angelegt, das eine noch* malige Teilung der halbierten Taktfrequenz bewirkt. An einen Leiter wird somit die durch vier dividierte Taktfrequenz angelegt, wie sie In Flg. 2 (o) dargestellt ist.

Ubersichtshalber wurde In Flg. 1 an die einzelnen Auegangsleiter jeweils der Bezugsbuchstabe gesetzt, der der in Fig. 2 dargestellten und auf dem bezeichneten Leiter auftretenden Wellenform entk spricht.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß nun in Fig. 1 eine Taktfrequenz, eine halbierte Taktfrequenz und eine durch vier geteilte Taktfrequenz zur Verfügung steht.

Wie im späteren noch im einzelnen beschrieben, werden die unterteilten Taktfrequenzen benötigt, um ein störungsfreies asynchrones ttnschalten zwischen den beiden definierten Modulationsfrequenzen zu ermöglichen. Diese Frequenzänderungen treten dann auf, wenn ein binäres Signal an eine Eingangsklemme 20 angelegt wird. In Fig. ί ist bei (m) ein Teil einer binären Information dargestellt. Der gleiche Informations« abschnitt ist in Fig. 3 bei (™) ⁱⁿ einem verkleinerten Maßstab nochmals

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gezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird geeigneterweiae Bezug auf den hohen und auf den niedrigen Pegel der die Information darstellenden positiven und negativen Spannung genommen. In der einschlägigen Technik iat es häufig üblich, dem niedrigen bzw. negativen Spannungspeylden Wert O und des höheren Spannungepegel den Wert 1 zuzuordnen, d.h. die Null wird durch einen SignalZwischenraum und die 1 durch ein Signal, beziehungsweise durch eine Markierung interpretiert.

Das an die Eiagangaklemme 20 angelegte binäre Datensignal wird an zwei NAND-Glieder 22 und 24 und an einen Inverter 28 über einen Leiter 26 angelegt. Die Datensignale werden durch den Inverter Invertiert und an die NAND-Olleder ?2 und 34 über einen Leiter 30 angelegt.

Ih den Perioden, in denen an den Leitern 104, 14 und 18 Tmktalgnale und an der Eingangeklemme 20 binäre Datensignale anliegen, 1st eine Synchronisation vorhanden, da. .zwischen den Datensignalen und den Tkktfrequensen eine feste zeltliehe Zuordnung besteht.

Wie dem Fachmann bekannt 1st, besteht ein NAND-Glied aus einem UND-Glied und einem an dessen Ausgang angeschlossenen Inverter, d.h., wenn z.B. an einem Eingang des NAND-Gliedes ein negatives Signal dauernd anliegt und an seinem anderen Eingang ein Signal angelegt wird, dessen Spannungspegel ständig zwischen negativ und positiv wechselt, tritt am Ausgang des NAND-Gliedes Jeweils dann ein positives Ausgangaslgnal auf, wenn an seinem Eingang zwei negative Signale anliegen, d.h. wann an der Eingangeklemme 20 ein positives Signal, also ein L Signal anliegt, werden die NAND-Glieder 22 und 24 Jeweils dann leitend, wenn auch auf dem Leiter 14 ein positives Signal anliegt. In diesem Fall liegt an den Ausgängen des NAND-Gliedes 32 und 34 ein negatives Signal. Im Zusammenhang mit den hler beschriebenen Beispielen soll angenommen werden, daß eine Information durch die Verknilpfungsglleder 22, 24, 32 und 34 Übertragen werden kann, wenn die Jeweiligen VerknUpfungsbedingungen für die NAND-Glieder erfüllt werden.

Wenn ein negatives Signal, d.h. O-Signal an die NAND-Glieder 22 und 24 angelegt wird, kann somit durch diese beiden Glieder kein Taktsignal Übertragen werden. Da Jedoch durch den Inverter 28 das negative Dateneingangssignal invertiert an die NAND-Glieder 34 und 32

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angelegt wird, an denen ebenfalls Tektsignale anliegen, wird nur durch dieee beiden Glieder die Taktfrequenz übertragen. In Flg. 2 und 3 sind die an verschiedenen Punkten der Pig. I auftretenden Wellenformen dargestellt, wobei der zeitliche Ablauf von links nach rechts gesehen werden muß. Wie aus Fig. 2 (m) ersichtlich, wird zu Beginn ein L-Signal empfangen, d.h. an der Eingangsklenne 20 in Fig. 1 liegt ein positiver Spannungspegel. Im folgenden wird beschrieben, wie sioh die in Fig. 1 dargestellte Schaltung verhält, wenn sich das an die Eingangsklemme 20 angelegte Datensignal ändert, d.h. wenn wie aus Flg. 2 (m) in der Zeichnungsmitte hervorgeht, das Potential von positiv auf negativ wechselt.

Wenn zu Beginn ein positives Signal an der Eingangskiemme 20 anliegt, werden die NAND-GJ leder 32 und 34 gesperrt und -an- die NAND-Glieder 22 und 24 im Rhythmus der Taktfrequenz leitend.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, wird an die NAND-OLieder 22 und 34 die halbierte, an das NAND-Glied 52 die volle und an das NAND-Glied 24 die durch vier dividierte Taktfrequenz angelegt. Wenn an der Eingangeklemme 20 ein positives Signal angelegt wird, wird ein Eingang eines NAND-Gliedes 36 über das NAND-Glied 34 ebenfalls positiv, während sein anderer Eingang im Rhythmus der durch vier dividierten Taktfrequenz über das NAND-Glied 24 von einem positiven auf einen negativen Pegel geschaltet wird. Das NAND-Glied 36 erzeugt somit an seinem Ausgang im gleichen Rthythmus ein zwischen negativ und positiv sehwankendes Signal.

Auf ähnliche Weise wird ein NAND-Glied 38 betrieben, an dessen einem Eingang über das NAND-Glied 32 ständig ein positives Potential angelegt wird, während an seinem anderen Eingang über das NAND-Glied 22 im Rhythmus der Halbtaktfrequenz ein positiver Pegel zu liegen kommt.

In Fig. 2 sind bei (d), (e), (f) und (g) die an den NAND-Gliedern 34, 24, 22 und 32 auftretenden Weilenformen dargestellt. Die Auegangssignale an den NAND-Gliedern 36 und 34 werden bei (h) und (i) in Fig. 2 dargestellt.

Die am Ausgang des NAND-Gliedes 3^ auftretenden Signale werden an den Eingang eines Zählers oder Untersetzers 31 angelegt, der aus Flipflops 40, 42, 44, 46 und 48 besteht. Der Ausgang des Filpflops 40

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ist mit dem Eingang des Flipflops 42 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang des nächsten Flipflops verbunden ist usw. Die Wirkungsweise einer derartigen Kette aus aneinandergeschalteten Flipfiops ist allgemein bekannt, und kann auch aus Fig. 2 entnommen werden, so daß im einzelnen nicht näher darauf eingegangen werden soll. Wesentlich im Zusammenhang mit dieser Beschreibung ist die Fähigkeit des dargestellten Zählers bzw. Untersetzers Ausgangsimpulse zu bestimmten Zeitintervallen zu erzeugen. '

Der Zähler 31 soll einen Ausgangsimpuls erzeugen, wenn an seinen Eingang der 30. Impuls angelegt wird. Deshalb führen von den Flipflops 42, 44, 46 und 48 Leitungen 50, 52, 54 und 56 zu einem NAND-Glied 58· Die Eingänge an diesem NAND-Glied sind erst dann alle positiv, wenn ein 30. Impuls an den Eingang des Zählers 3I angelegt wird. Dadurch wird der ursprüngliche positive Ausgang des NAND-Gliedes 58 nun negativ. Der am Auegang des NAND-Gliedes 58 entstehende negative Impuls wird , über eine Leitung 60 an ein weiteres NAND-Glied 62 angelegt.

Gleichzeitig mit dem Arbeitsbeginn des Zählers 31 wird am Ausgang des NAND-Gliedes 38 der Pegel im Rhythmus der halben Taktfrequenz von positiv auf negativ wechseln. Die dort entstehenden Signale werden an den Eingang des zweiten Zählers 33 angelegt. Dieser Zähler besteht aus sechs Flipflops 64, 66, 68, 70, 72 und 74. Die Auegänge der · Flipflops 70, 72 und 74 sind über Leiter 76, 78 und 80 mit einem NAND-Glied 82 verbunden. Der normalerweise positive Ausgang des,NAND-Gliedes wird dann wieder negativ, wenn an den Zähler 33 der 56."Impuls angelegt wird. Dieser am Ausgang des NAND-Gliedes 82 auftretende negative Impuls wird durch einen Inverter 84 invertiert und an den Eingang eines weiteren NAND-Gliedes 86 angelegt.

An den zweiten Eingang des NAND-Gliedes 86 gelangen über eine Leitung 88 die an die Eingangsklemme 20 angelegten binären Datensignale. Wie eingangs festgelegt und aus Fig. 2 (m) ersichtlich, liegt in dem beschriebenen Zeitabschnitt ein positives Signal an der Eingangsklemme an. Somit wird die VerknUpfungsbedingung für das NAND-Glied 86 erfüllt und an seinem Ausgang entsteht ein negatives Signal, das auf einen Leiter 90 gelangt. "

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Da bei der Beschreibung der Schaltung angenommen wurde, daß an der Eingangsklemme 20 ein positives Signal anliegt, kann man davon ausgehen, daß zu einem früheren Zeitpunkt der Spannungapegel an der Eingangsklemme von negativ auf positiv gewechselt haben muß. Zu diesem Zeitpunkt begannen die beiden Zähler 31 und 35 von null bis 50 bzw. von null bis 56 zu zählen. Der Zähler 35 wird, wie aus Pig. 2 (i) ersichtlich, mit doppelt sovielen Impulsen als der Zähler 31 beschickt. Sobald der Zähler 33 den 56. Impuls erhalten hat, liefert er ein Ausgangssignal, und zwar noch bevor der Zähler 31 seine Endstellung erreicht hat. Die Ausgange der NAND-Glieder 58 und 86 weisen während der Zähloperation ein positives Auegangepotential auf. Da die Ausgänge der NAND-Glieder 58 und 86 über die Leiter 60 und 90 mit dem Eingang eines

W- weiteren NAND-Gliedes 62 verbunden sind, entsteht an dessen Ausgang ein negatives Signal. Nach 56 Eingangsimpulsen erzeugt der Zähler 53 ein Auegangesignal, das bewirkt, daß am Ausgang des NAND-Gliedes 86 und somit auf dem Leiter 90 ein negatives Signal entsteht. Dadurch wird auf den Ausgangsleiter 92 ein positives Signal gegeben, das ein Ausgangsflipflop 98 betätigt, dureh das en der Auagangsklemme 99 ein Signal erzeugt wird. Gleichzeitig wird das am Ausgang des NAND-Gliedes entstehende positive Signal über einen Leiter 93 auf zwei Inverter 9^ und 96 gegeben. Der Ausgang des Inverters 96 ist mit einer RUcksetzleitung 100 verbunden, durch die beim Auftreten eines negativen 31gnals der Zähler 31 *uf null gesetzt wird. Das an den Inverter 9* angelegte Signal stellt über die Rücksetzleitung 102 den Zähler 33 ebenfalls

fe wieder auf den Wert null. Ein positives Signal auf den Leiter 92 bewirkt also, daß an der Klemme 99 ein Ausgangssignal erzeugt wird, und die beiden Zähler 31 und 35 wieder auf null zurückgesetzt werden.

Solange an der Eingangsklemme ein positives Signal anliegt, wird der Zähler 5I durch den Zähler 33, an den eine höhere Impulsfolgefrequenz angelegt wird, Jedesmal auf null gesetzt bevor er seinen Endzählerstand erreicht. Die Umschaltung des Ausgangsflipflops 98 erfolgt somit mit einer Frequenz, die gleich der halben Taktfrequenz geteilt durch 56 ist, so daß an seinem Ausgang an der Klemme 99 ein Signal entsteht, dessen Frequenz 1/224 der Taktfrequenz beträgt. Die Ausgangssignale der genannten Frequenz werden so lange erzeugt, wie das Potential

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an der Eingangsklemme 20 positiv Ist, wie aus Fig. 3 (n) ersichtlich* Wenn an die Elngangsklenroe 20 in Fig. 1 ein 0-Signal angelegt wird, wechselt der Pegel von positiv auf negativ, wie aus Fig. 2 (m) ersichtlich. Nun kann die !taktfrequenz das NAND-Glied J52, wie aus Pig· 2 (g) ersichtlich, passieren und gelangt an den Eingang des NAND-Gliedes 38. Beim Auftreten eines negativen Signals an der Eingangs« klene 20 wird der Zähler 33 nicht auf null zurückgesetzt, sondern zählt bis 56 weiter, wie aus Fig. 2 (i) ersichtlich 1st. Durch das Auftreten des negativen Datensignalβ wird die VerknUpfungsbedingung am NAND-Glied 24 nicht onhr erfüllt. Wie in Fig. 2 (d) dargestellt, erzeugt nun das NAND-Glied Jfc eine Wellenform im Rhythmus der halben Taktfrequenz. Diese Signale gelangen an den Eingang des Zählers 31 (siehe Flg. 2 (h)). Da der Zähler 33 pro Zeiteinheit mit der doppelten Anzahl von Impulsen beschickt wird, erreicht er früher seinen Endzähleretand als der Zähler 31. Er wird dlesesmal Jedoch noch nicht abgeschaltet. Im übrigen geht aus einem Vergleich zwischen der Impulsform (h) (i) hervor, daß bein Vorhandensein eines negativen Datensignals beide Zähler alt einer doppelt so hohen Frequenz beaufschlagt werden als beim Vorhandensein eines positiven Datensignals.

Nach dem Wechsel der Polarität von positiv auf negativ auf der Leitung 88 kann die Verknüpfungsbedingung des NAND-Gliedes 86„nicht mehr erfüllt werden. Somit entsteht auf der Leitung 92 ein positives Signal. Am Ausgang des NAND-Gliedes 82 entsteht ein negatives Signal, wenn der Zähler 33 mit dem 56« Impuls beaufschlagt wurde. Dieses Signal hat Jedoch keinen weiteren Einfluß auf die nachfolgende Schaltung, so daß die Zähler 31 und 33 nicht zurückgesetzt werden können. Nun kann der Zähler 31 bis drei Big zählen. Aus Fig. 2 (h) (I) geht hervor, daß an der Eingangeklemme 20 in Fig. 1 der Polaritätswechael der Information (m) zwischen dem 25. und 26. Vierteltakt -bzw. zwischen dem 50. und 51· Halbtaktimpuls erfolgt. Nach weiteren fünf Halbtaktimpulsen erreicht der Zähler den Zählwert 30, wodurch am Ausgang des NAND-Gliedes 58 ein negatives Signal erzeugt wird. Dieses ist in Flg. 2 (J) dargestellt. Es gelangt über den Leiter 60 an das NAND-Glied 62. Nun entsteht, wie aus Pig. 2 (1) ersichtlich, auf dem Leiter 92 ein positives Signal, Wie vorangehend beschrieben, werden dadurch die Zähler 3Ϊund~χ,i Wieder

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zurückgesetzt und das Flipflop 98 angesteuert.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß beim Anlegen eines negativen Datensignals der Zähler 33 das Ausgangsflipflop nicht mehr ansteuern kann. Dies wird nun über den Zähler J51 betätigt. Der Zähler 3I konnte bis 30 zählen, wodurch über die Glieder 58, 62 und das Flipflop 98 an die Klemme 99 ein Ausgangasignal gegeben wird. Somit wird die Frequenz des an der Ausgangsklemme 99 erzeugten Signales durch den Zähler 31 bestimmt. Der Zähler 31 wird, wie bereits gesagt, mit der halben Taktfrequenz beaufschlagt. Die an der Ausgangsklemme entstehenden Signale weisen eine Frequenz von 1/120 der Taktfrequenz auf. Diese Frequenz 1st höher als die vom Zähler 33 beim Auftritt eines positiven Datensignals abgeleitete Frequenz.

Der Zeitmaßstab in Fig. 2 wurde in Fig. 3 auf 1/^6 zusammen

gedrängt, d.h. der in Fig. 3 dargestellte Zeitabschnitt ist 56 mal so groß wie der in Fig. 2 dargestellte Zeitabschnitt. Die Jn Fig. 3 (n) gezeigte Wellenform läßt erkennen, daß, solange ein positives Signal am Eingang 20 von Fig. 1 anliegt, an der Ausgangsklemm· 99 Ausgangssignal· auftreten, deren Frequenz nur halb so groß ist, wie die an der Ausgangeklemme 99 auftretenden Wechselsignale beim Vorhandensein eines negativen Eingangesignals.

Ih der vorangehend beschriebenen Schaltung weisen die Ausgangssignale an der Klerame 99 bei Vorhandensein eines positiven Datenelgnals eine Frequenz von 1/224 der K^uptfrequenz und beim Vorhandensein eines negativen Eingangssignal eine Frequenz von 1/120 der Hauptfrequenz auf.

Fall« anstelle der in Fig» 3 (η) gezeigten Reehteckwellenform \ i eine Slnuewellenform tibertragen werden soll, so muß die dargestellte Rechteokwellenforra lediglich übe** ein Tiefpassfilter gegeben werden.

Mit der beschrisbenen Schaltung, die gemäß der Erfindung arbeitet, kann somit eine Mediation der Eingangssignal· vorgenommen werden, ohne daß Phasen -oder Synchronisationsfehler auftreten können. Die an der Eingangeklemme 20 in Fig. 1 auftretenden Datensignale müssen somit nicht In einer festen Phasenbeziehung zu der Taktfrequenz stehen.

In der Zeitschrift "Bell System Technical Journal", November I962 wird auf den Seiten 1719 bis I725 di* mathematische Bedingung beschrieben,

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die erfüllt sein muß, um Gleichlauf -oder Synchronisationsfehler bei einer asynchronen Frequenzverschiebung zu vermeiden. Tm folgenden wird eine vereinfachte Formel angegeben, die den in der Praxis vorhandenen Bedingungen genügt.

(1) T * HP_f +'T₈ (1 - KyHE₁) '

In dieser Formel bedeutet T die Zeit zwischen den Nulldurchgängen zum Zeitpunkt der Frequenzverschiebung, die erforderlich ist, um eine ideale Modulation durchzuführen; HP. die Halbperiode der Ausgangsfrequenz vor der Frequenzverschiebung; HP« die Halbperiode der Ausgange·» frequenz nach der Frequenzverschiebung; T die Zeit zwischen den Null-

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durchgängen unmittelbar vor der Frequenzverschiebung und zum Zeitpunkt der Frequenzrereehiebung.

Die vorangehend angegebene Gleichung kann in etwas umgewandelter Form wie folgt geschrieben werden»

(2) τ = T_a + £ HP_f - ^yHP₁ . T₈JZ

Mit der vorangehend beschriebenen Erfindung kann somit zu jeder Zeit entsprechend der empfangenen Daten eine Frequenzverschiebung vorgenommen werden, ohne daß eine Beeinflussung über den Zeitbereich T vorhanden sein muß. Wenn der Zähler 31 eine Ausgangswellenform mit einer hohen Frequenz erzeugt, so steuert er die Nulldurchgänge vor dem Übergang von einem O-Signal auf ein L-Signal. Der Zeitpunkt dieses Wechsels legt die Zeit T fest. Während dieser Zeit steuert der

Zähler 51 die Ausgangswellenform, Wobei der Zähler 33 keinen Einfluß auf den Schaltungsablauf besitzt.

Wenn durch den Zähler 33 eine Ausgangswellenform mit niedrigerer Frequenz erzeugt wird, so wird die Zeit T durch den

Zeitpunkt des auf ein O-Signal folgendes L-Signal bestimmt. In diesem Fall ist der Zähler 31 wirkungslos.

Jedesmal wenn der Pegel des Dateneingangssignais wechselt, wird der die vorangehende Ausgangswelle steuernde Zähler wirkungslos. Wenn sich das Eingangsdatensignal von L auf 0 ändert, wird die Steuerung der Ausgangswellenform unmittelbar von dem Zähler 33 auf den Zähler 31 übertragen, so daß der Zähler 31 den nächsten

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Nulldurchgang des Ausgangesignals bestimmt. Wechselt dagegen das Dat«!eingangssignal von O auf L, so wird die Steuerung der Ausgangswellenform von dem Zähler 31 auf den Zähler 33 übertragen, so daß der Zähler 33 den nächsten Nulldurchgang des Ausgangssignais festlegen kann.

Da in dem erfindungsgemäßen Modulationskreis die Zeit T nicht gesteuert wird, und da Jeweils der gerade/-wirksame Zähler die den nächsten Nulldurchgang folgende Datenverschiebung bewirkt, kann die unter (2) angegebene Gleichung lediglich durch die Arbeitsweise des nichtwirksamen Zählers erfüllt werden. Bin zu einer beliebigen Zeit an die Schaltung angelegtes Datensignal wird somit sofort in der Schaltung wirksam, wobei Jeweils der nlchtwirksame Zähler den nächsten Nulldurchgang bestimmt, so daß der Gleichung (2) Genüge getan wird, und zwar zu der Zeit nach dem Auftreten des Datenwecnseis am Eingang der Schaltung, die durch den eingeklammerten TeiJ der Gleichung (2) angegeben ist.

Im folgenden wird gezeigt, daß die beschriebene Schaltung nicht ganz exakt nach der Gleichung (2) arbeitet. Ee wird Jedoch gezeigt, daß das Arbeiteprinzip der beschriebenen Schaltung mit einem hohen Grad an Genauigkeit die Gleichung (2) erfüllt. Die erste Einschränkung mußte gemacht werden, da mit einem vernünftigen Schaltungsaufwand die durch die Gleichung (2) vorgegebene Bedingung nicht erfüllt werden kann.

IAn zu zeigen, d»ß mit der beschriebenen Schaltung der Gleichung (2) Genüge getan werden kann, wird die Arbeitsweise bei einem auf ein O-Signal folgendes L-Signal und anschließend bei einem O-folgenden !^Signal beschrieben.

Beim Auftreten eines einem O-Signal folgenden L-Signals wird die Ausgangswellenform sofort vom Zähler 31 gesteuert. Der Zähler steuert den nächsten Nulldurchgang, indem er von einen gerade in ihm befindlichen Zählwert bis 30 zählt. In dem Zeitabschnitt zwischen dem Auftreten des neuen Dateneingangssignals und dem vorangehenden Nulldurchgang des Ausgangssignals wurde der Zähler 31 bereits mit Vierteltaktimpulsen beaufschlagt. Dadurch wird die Zeit verkürzt, die erforderlich ist, um durch den Zähler 31 nach dem Auftreten eines neuen Dateneingangssignals einen Nulldurchgang des Ausgangseignais festzulegen. Somit

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wird die Zeit, die vergeht, bis nach einem neuauftretenden Datensignal ein Nulldurchgang am Ausgang entsteht, um den Zeitabschnitt verkürzt, der vom vorangehenden Ifulldurchgang bis zum Auftreten des Dätensignals vergangen ist. Der beim Auftreten eines L-Signals im Zähler 31 vorhandene Zählwert wird mit der halben Taktperiode multipliziert, wodurch annähernd die halbe Zeit T angegeben wird. Somit wird die Zeit, die vom Auftreten eines L-Signals bis zur Erzeugung des nächsten Nulldurchganges vergeht, um den Faktor 0,5 . T reduziert.

Entsprechend dem in der Gleichung 2 eingeklammerten Aus» druck muß die vom Auftreten eines Datensignais bis zum Erzeugen des nächsten Nulldurchganges verstrichene Zeit die Halbperiode der höheren Frequenz reduziert um den Faktor 30/56 « T sein. Die Abweichung zwischen der Formel (2) und den Werten, die durch die Schaltung gebildet werden, ist dadurch entstanden, daß der Seitabschnitt von dem Informationswechsel am Eingang bis zur Erzeugung des nächsten Nulldurchgangea die Halbperiode der höheren Frequenz reduziert um den Faktor 0,5 . T ist und nicht, wie ee die Formel vorgibt, diese Halbperiode reduziert um den Faktor 30/56 - T.".

. Da die so entstandene Abweichung in dem eingeklammerten Ausdruck in der Gleichung (2) entsteht, wird die Abweichung größer, wenn T größer wird. Wenn somit T null ist (im Falle eines Zusammen··

. S 3

treffens des Signalwechsels am Dateneingang mit dem Nuildurchgang) arbeitet die Schaltung gesnäö der vorgegebenen Gleichung (2). Ändert sich dagegen der Datensignalpegel zu einem Zeitpunkt, bei dem der Zähler 33 den Zählerstand 55 und der Zähler 31 den Zählerstand 27 aufweist, ist . | die Zeit zwischen de» auftretenden Signaiwecheel und dem nächsten NuIldurchgäng, der durch den Zähler 33 gesteuert wird, am größten. In diesem Fall ist der Unterschied zwischen der tatsächlichen Arbeitsweise und der durch die Gleichung (2) vorgegebenen am größten.

Würde zu» Zeitpunkt der größten Abweichung ein Datensignalpegelwechsel auftreten, so würde der Zähler· 31 die Steuerung der Ausgangswellenform übernehmen, jedoch erst dann einen nächsten Nuildurchgang festlegen, wenn er drei weitere Haibtaktlmpule empfangen hat. Genau genommen benötigt er nur zwei und eine halbe Periode oder sogar noch weniger von der Halbtaktfrequenz. In bezug auf die Gleichung (2) heißt es, daß die Zeit T zura Zeitpunkt des Batensignalpegeiwechsels" gleich der Zeit ist, die der Zähler 33 benötigt^ -am bis 57 zu zählen.

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Er benötigt dazu 57 Halbtaktimpulse. Der optimale Zeitabschnitt, der nach einem zu einem derartigen Punkt auftretenden Signalpegelwechsel erforderlich wäre, ist 30 - 30/56 . 57 = 0,5 Perioden der Halbtaktfrequenz. Die maximale Abweichung von dem idealen Interval zwischen dem Nulldurchgang von einem danebenliegenden DatenwechseJ beträgt somit zwei Perioden der Halbtaktfrequenz. Da. die Halbtaktfrequenz 60 mal größer als die modulierte Hochfrequenz am Ausgang ist, ist die Abweichung von einem idealen zitterfreien Nulldurchgang nicht mehr als 3»3# bzw. zwei Teile von sechzig.

Wenn das Informationseignal von negativ nach positiv wechselt, wird die Ausgangswellenform bis kurz vor der Signalpegelverschiebung von dem Zähler 31 gesteuert und nach der Pege!verschiebung durch den Zähler 33· Immer wenn eine derartige Signaipegeiverschiebung auftritt, repräsentiert der Zeitabschnitt vom Zeitpunkt der Pegelverschiebung bis zum nächsten Nulldurchgang des Ausgangssignals mit der höheren Frequenz ein negatives Signal, d.h. eine 0. Da nun bis sechzig gezählt werden kann, können zwei verschiedene Arbeitsweisen auftreten. Eine Verschiebung von 0 nach L könnte auftreten, wenn der Zählerstand des Zählere 33 kleiner als 56 ist. In diesem Fall muß der Zähler 33 bis 5t> zählen, um den nächsten Nulldurchgang zu bewirken. Er wird deshalb mit der Halbtaktfrequenz beaufschJagt. Tritt der vorgenannt· Signalwechsel auf, wenn der Zähler 33 einen Zählwert zwischen 56 und aufweist, würde kurz vorher das NAND-Glied 82 Über den Leiter 80 angesteuert, so daß kurz vorher ein Nuildurchgang am Schaltungsausgang auftrat.

Die im vorangehenden beschriebene Abweichung beim Wechsel von L nach C war die Ursache für die verzögerte Erzeugung des Nulldurchgange, der dem Sigmiwecheel folgte. Eine bei dem Informationswechsel von 0 nach L auftretende Abweichung bewirkt ein vorzeitiges Auftreten des nächsten Nulidurchganges. Die maximale Abweichung tritt auf, wenn der Zähler 33 bis 56 und der Zähier 31 bis 28 gezählt hat. Würde zu diesem Zeitpunkt eine Pegelverschiebung am Dateneingang auftreten, so würde der Zähler 33 kurz vorher einen Nulldurchgang übertragen. Gemäß der Gleichung (2) wird jedoch gefordert, daß der Nulldurchgang, der einem Inforruatlonsweehsel foigt, in einem Zeitabschnitt von 56 - 56/30 . T auftritt. Wenn der Signalpegel am Dateneingang;

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bei einem Zählerstand von 28 wechselt, beträgt T achtundzwanzig Perioden der Halbtaktfrequenz. Demnach wird der nächste Nulldurchgang infolge der vorher aufgetretenen Pegelverschiebung am Dateneingang nach 56 - 56/50 . 28 = 5,5 Perioden der Halbtaktfrequenz auftreten. Da diese Abweichung im Niederfrequenzbereich erscheint, ist sie kleiner als 3_t2$.

Die für die Erfindung verwendeten Modulationskreise sind so aufgebaut, daß der hohe und niedrige Frequenzbereich im Sprechbereich der FernsprechUbertragungsleitungen liegt. Für das vorangehend beschriebene Beispiel kann angenommen werden, daß der quarzgesteuerte Taktgenerator mit einer Frequenz von 256 kHz arbeitet. Die Halbtaktfrequenz betragt somit 128 kHz, wodurch eine Frequenzmodulation entsteht, die für die L-Signale I,l45 Perioden und die O-Signale 2,155 Perioden benötigt. Selbstverständlich kann auch im Bedarfsfall mit höheren oder niedrigeren Frequenzen oder Zählerkapazitäten gearbeitet werden. Die sich bei anderen Werten ergebenden Abweichungen können auf die gleiche Weise wie in dem vorangehenden Beispiel berechnet werden. Man kann somit bei einer vorgegebenen maximalen Abweichung die notwendige Taktfrequenz bzw. die notwendige Zählerkapazität berechnen. Mit dem beschriebenen Kreis sollten ledig- , lieh einige Größenverhältnisse aufgezeigt werden, die bei bestimmten Ausgangssignalen auftreten.

Falls es erforderlich ist, mit dem vorangehend beschriebenen Kreis am Ausgang ein Frequenzverhältnis von 2 : 1 zu erzeugen, so können die Zählkapazitäten der Zähler 5I und 55 auf ein Verhältnis von 2 :" 1· verändert werden. Auch mit der abgewandelten Arbeitsweise kann eine annähernd perfekte bzw. fehlerfreie Frequenzverschiebung vorgenommen werden. ·

In dieser abgewandelten Form würden beide Zähler in einem bestimmten Zeitabschnitt bis zu einem vorbestimmten Wert zählen, wobei Jeweils einer der beiden Zähler auf die nachfolgende Schaltung wirkungslos wäre. Wenn für den Empfänger ein Frequenzverhältnis von 2 i 1 ausreichend ist, reicht für' eine fehlerfreie Frequenzverschiebung ein Taktsignal, ein Halbtaktsignal und ein Zähler aus. Dieser vorangehend genannte spezielle Fall kann in einer modifizierten Form auf allgemeine Anwendungsbereiche ausgedehnt werden. Wenn zwei Taktfrequenzen aus«*

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reichend sind, die ein definiertes Größenverhältnis zu dem Auegangsverhältnis aufweisen, so können die beiden Taktfrequenzen zusammen mit einem Zähler zur Erzeugung einer zitter -und fehlerfreien Frequenzverschiebung in einem Sender verwendet werden. Falls das gewünschte Ausgangsfrequenzverhältnis nicht in bezug zur vorhandenen Taktfrequenz gebracht werden kann, wird, wie bereits beschrieben, die Verwendung eines zweiten Zählers notwendig.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Schaltung zum Umwandeln eines binären Eingangsignais, das einen ersten oder zweiten Pegel aufweist. In Ausganges!gnaIe mit einer ersten oder zweiten Jrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß Zähier (31» 33) in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignals (2 (m) 3 (m)) mit unterschiedlichen ersten oder unterschiedlichen zweiten Impulsfolgen (2 (h), 2 (i)) beaufschlagt werden und daß jeweils ein Zähierausgangssignal (2 (J), 2 (k)) eine Ausgangsschaltung (62, 98) ansteuert und gleichzeitig beide Zähler (31, 33) auf den Zählerwert null setzt.

   2» Schaltung nach Anspruch 1 mit einer Takterzeugungsschaltung, ' die eine erste und zweite Taktfrequenz mit einem frequenzverhältnis erzeugt, das gleich dem Frequenzverhältnis des Ausgangssignais ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Zähler in Abhängigkeit von dem Pegel des Eingangssignais die erste oder zweite taktfrequenz angelegt

   wird. ·

   3· Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Takterseugungskreis ( 10, 12, 16) erste (2(a)), zweite (2(b)) und dritte (2(c)) Signale erzeugt, wobei die Frequenz der ersten Signale (2(a)) doppelt so groß wie die Frequenz der zweiten Signale (2(b)) und die Frequenz der zweiten Signale (2(b)) doppelt so groß wie die Frequenz der ,dritten Signale (2(c)) ist, und daß jeder der Zähler (31, 33) | e beim Erreichen eines vorbestimmten Zählwertes ein Ausgangesignai erzeugt, wofoei'die Zählkapazität des zweiten Zählers (33) etwa doppelt so groß wie die des ersten Zählers (31) ist und daß an HAND-Gileder (22, 2*, 32, 3*) die genannten drei Signale (2 (a), (b), (c)) und das Eingangssignal (2(m), 3(m)) angelegt werden, so daß in Abhängigkeit vom Pegel des Eingangssignals (2(m), 3(ai)) die ersten Signale (2(a)) an den zweiten Zähler (33) und die zweiten Signale (2(b)) an den ersten Zähler (31) oderdie zweiten Signale (2(b)) an den zweiten Zähler (33) und die dritten Signale (2(c)) an den ersten Zähler (31) angelegt werden, und 4aS ein NAND-Glied (86) bestimmt, ob die Ausgangssignaie des ersten oder des zweiten Zählers (3I oder 33) an den Ausgang (99) gelangen iffled beide.'Zähler ( .31, 33) wieder^auf des Mert nuli setzen» "

   '" 00S841/12Sß . .■ -

   BAD ORIGINAL

   4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (51) bis dreißig und der zweite Zävler (33>) bis sechsundfünzig zählen kann.

   5. Schaltung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis (62, 98) «in Flipflop (98) aufweist, das Rechteckwellen (2 (n), 3 (n)) mit einer durch das Eingangssignal (2(m), 3>(m)) bestimmten Frequenz erzeugt.

   009841/1260 BAD ORIGINAL

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