DE2020187C3 - Schaltungsanordnung zur störsicheren Erkennung der Nulldurchgänge von sinusähnlichen Signalen - Google Patents

Description

30

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur störsicheren Erkennung der Nulldurchgänge von sinusähnlichen Nutzsignalen veränderlicher Amplitude und Frequenz, der die Eingangssignale über einen Differenzverstärker zugeführt weroen und bei der bei Vorliegen eines Nulldurchgangs ein Taktsignal erzeugt wird.

Bei der Übertragung von Daten ist häufig das Problem zu lösen, die Nulldurchgänge der empfangenen Signale möglichst genau zu bestimmen. Ein solcher Fall tritt z. B. beim Lesen von auf Magnetbändern aufgebrachten Informationen in Richtungstaktschrift auf. Hier muß zu dem Zeitpunkt, an dem ein Lesesignal vorliegt, ein Taktsignal erzeugt werden. Dieses wird von dem Lesesignal abgeleitet. In Fig. 1 ist ein Signalbild dieses Vorganges gezeigt. Die Zeile a zeigt die auf das Magnetband geschriebene Information. Diese Information wird durch einen Lesekopf gelesen, der einen Signalzug entsprechend der Zeile b erzeugt. Die Lesesignale werden über einen Vorverstärker einer Differenzierschaltung zugeführt, deren Ausgangssignale in der Zeile cdargestellt sind. Die Anschaltung eines als Differenzverstärker ausgebildeten Vorverstärkers an einem Lesekopf ist beispielsweise in »Radio Mentor«, 1970, Heft 3, S. 139 bis 140 beschrieben. Beim Nulldurchgang der Signale sollen Lesetakte gebildet werden, die z. B. eine rechteckige Form haben sollen. |>ie Lesetakte sind in den Zeilen d und e gezeigt. Sie Werden zur weiteren Verarbeitung einer Taktierungs-Mnd Dccodierungsschaltung angeboten. / ist die Zeit. ^₀

Es ist bereits bekannt, die Nulldurchgänge von linusähnlichen Nutzsignalen mit Hilfe von Sehmitt-Trig-{er-Schaltungen oder Komparatoren mit fest eingestell- ;n Schaltschwellen zu erkennen. Diese Schaltungen Itiben jedoch den Nachteil, daß sie während des Anliegens von Nutzsignalen die gleiche Schaltschwelle kaben wie während einer Übertragungspause. Störsi-•nale. die während der Übertragungspause auftreten.

können dadurch sehr leicht zu einem Ansprechen der Schaltungen führen. Außerdem sprechen die Schaltungen bei allen Impulsen an, die die Schaltschwelle überschreiten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Nulldurchgänge von sinusähnlichen oder sinusförmigen Nutzsignalen möglichst genau und störsicher zu erkennen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Detektorschaltung, deren Eingänge mit den Ausgängen des Differenzverstärkers verbunden sind und die an den Eingängen mit Kopplungskondensatoren versehen ist, deren Kapazität so groß ist, daß sich an den Kondensatoren während einer Übertragungspause Gleichspannungen einstellen, die eine hohe Schaltschwelle dtr Detektorschaltung zur Folge haben, und während des Anliegens von Nutzsignalen Gleichspannungen einstellen, die eine niedrige Schaltschwelle zur Folge haben.

Die Detektorschaltung kann aus einer bistabilen Kippstufe bestehen, deren statische Setz- und Rücksetzeingänge über die Kondensatoren mit den Ausgängen des Differenzverstärkers verbunden sind.

Es sind zwar bereits bistabile KipDstufen bekannt, die mit Hilfe von Kondensatoren an Signalquellen angekoppelt sind. Üblicherweise sind die Kapazitäten dieser Kondensatoren jedoch derart bemessen, daß eine Differentiation der Eingangssignale stattfindet. Häufig werden Flipflops auf diese Weise über Takteingänge angesteuert. Im Gegensatz hierzu werden bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung Kondensatoren verwendet, deren Kapazität so groß ist, daß die Eingangssignale nicht differenziert werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß sich an den Eingängen der bistabilen Kippstufe Gleichspannungsmittelwerte einstellen, die eine unterschiedliche Schaltschwelle der Schaltungsanordnung bewirken, je nachdem, ob· Nut/, signale vorhanden sind oder ob eine Übertragungspause vorliegt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispieies weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 2 ein Blockbild der Schaltungsanordnung,

F i g. 3 ein ausgeführtes Beispiel der Detektorschaltung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht nach Fig.2 aus einem Differenzverstärker DV, einer Detektorschaltung DS und zwei Impulsformern /1 und 12. Dem Differenzverstärker DV werden an den Eingängen El, El die Signale (Nutzsigna'.e) zugeführt, deren Nulldurchgänge festgestellt werden sollen, außerdem Störsignale. Alle diese Signale werden als Eingangssignale bezeichnet. Die beiden Ausgänge des Differenzverstärkers DV führen zu der Detektorschaltung DS. Diese hat zwei Schaltschwellen, je nachdem, ob eine Nutzsignalfolge oder einzelne Störsignale anliegen. Im ersten Fall ist die Schaltschwelle niedrig, so daß auch dann noch ein Nutzsignal verwertet wird, wenn dessen Amplitude klein ist. Im zweiten Fall ist die Schaltschwelle hoch, so daß auch Störsignale mit größerer Amplitude keine Ausgangssignale dei Detektorschaltung DS erzeugen. Die beiden Ausgänge A und A'der Detektorschaltung DS, die zueinander invertiert sind, sind mit der Impulsformerstufe /1 bzw. /2 verbunden. An deren Ausgänge werden die Taktsignale abgenommen, die z. B. rechteckige Form haben können.

Die Detektorschaltung DS kann aus einer bistabilen Kippschaltung FF bestehen, deren Setzeingang S über einen Kondensator CI mit dem einen Ausgang des

Differenzverstärkers DVund deren Rückseizeingang R über einen weiteren Kondensator Cl' mit dem anderen Ausgang des Differenzverstärkers DVverbunden ist.

In Fig. 3 ist eine bis auf die Kondensatoren Cl, Cl' bekannte Ausführung einer bistabilen Kippschaltung dargestellt. Ihre Funktion ist bekannt und braucht deshalb nicht ins Einzelne gehend beschrieben zu werden. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Transistor Tleitend und der Transistor T gesperrt ist. Am Kollektor des Transistors T' liegt damit eine Spannung, die etwa der Versorgungsspannung U entspricht. Ober den Spannungsteiler R 2', R 3 wird der Basis von Transistor T eine positive Spannung angeboten, so daß er leitend bleibt und an seiner Basis eine Spannung von etwa 0,7 Volt liegt. (Dies ist die Restspannung der Basis-Emitter-Diode des leitenden Transistors.) Diese Gleichspannun_o liegt auch an der der bistabilen Kippschaltung zugewandten Seite des Kondensators Cl. Die Basis des Transistors T' wird über den Spannungsteiler R 2, R 3' auf etwa null Volt gehalten. Damit bleibt der Transistor 7"'gesperrt und der Kondensator Cl' liegt an der der bistabilen Kippschaltung zugewandten Seite gleichspannungsmäßig ebenfalls auf null Volt.

Die über die Signalleitungen ankommenden Storungen können die bistabile Kippschaltung nur unter bestimmten Bedingungen kippen. Wird davon ausgegangen, daß auf den Leitungen zwirnen dein Differenzverstärker DV und der bistabilen Kippschaltung FF keine Störsignale eingekoppelt werden, dann können zwei Arten von Störungen unterschieden werden:

1. Alle Störsignale, die auf die erdsymmetrischen Signalleitungen am Eingang des Differenzverstärkers DV gleichphasig eingekoppelt werden, wer- ^ den durch die Gleichtaktunterdrückung des Differenzverstärkers DV beseitigt. Die bistabile Kippschaltung kann daher nicht auf beiden Eingängen gleichzeitig mit Setz- oder Rücksetzimpulsen gleicher Polarität angesteuert werden.

2. Eingekoppelte Störungen auf nur einer Signalleitung verursachen ebenso wie gegenphasig auf beiden Eingängen eingekoppelte Störungen an den Ausgängen des Differenzversterkers DV gegenphasige Störsignale. Diese Störsignale können jedoch die bistabile Kippschaltung nur dann kippen, wenn sie auf dem Ausgang des Differenzverstärkers DVaIs positiver Impuls erscheinen, der mit dem gerade gesperrten Transistor der bistabilen Kippschaltung verbunden ist. Außerdem muß die Störung noch die Schaltschwelle der bistabilen Kippschaltung von 0,7 V überschreiten.

Ein auf einem Magnetband aufgezeichneter Informationsblock besteht aus der eigentlichen Signalfolge und einer vor- und nachgeschalteten Synchronisationssignalfolge. Diese Synchronisationssignalfolgen überschreiten die Schaltschwelle von z. B. 0,7 V mehrmals, damit die nachfolgende aufgezeichnete Information sicher erkannt werden kann. Wenn die Schaltschwelle mehrmals überschritten wurde, dann liegen an den der bistabilen Kippschaltung zugewandten Seiten der Kondensatoren Cl und Cl' nicht mehr die Spannungen 0 V und 0,7 V, sondern es stellt sich durch das wiederholte Kippen ein Gleichspannungsmittelwert von ungefähr 0,35 V ein. Um die bistabile Kippschaltung weiterhin zu kippen, braucht das Lesesignal nur noch eine Amplitude von etwas mehr als 0,35 Volt zu haben. d. h. die Schaltschwelle der Schaltung ist während der Zeit, in der das Nutzsignal anliegt, kleiner als wählend der Übertragungspause. Die prozentualen Werte der beiden Schaltschwellen, bezogen auf die Sollamplitude, können durch die Verstärkung und den Innenwiderstand des Differenzverstärker DVund die Größe der Rückkoppkingswiderstände R 2 und R 2' der bistabilen Kippschaltung eingestellt werden Die Kondensatoren C2 und C2' kompensieren die Eingangskapazitätc-n der Transistoren 7"und T' der bistabilen Kippschaltung, ί / ist eine Spannungsquelle.

Während Eingangssignale anliegen, stehen an den beiden Ausgängen der bistabilen Kippschaltung FF zwei gegenphasige Rechteckschwingungen zur Verfugung, die ihre Flanken an den Stellen der Nulldurchgänge der Eingangssignale haben. Zur weiteren Verarbeitung können diese Flanken einem Impulsformer, z. Ii. einem Differenzierglied oder einer monostabilen Kippstufe, zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat folgende Vorteile:

1. Die Schaltschwelle der Schaltungsanordnung ist im Arbeitsbereich unabhängig von der Signalfrequen/. Es können damit Signalfolgen verschiedener Frequenz, also auch die Lesesignalc von Bandgeräten unterschiedlicher Bandgeschwindigkeiten verarbeitet werden.

2. Die Zeilpunkte, an denen die Taktsignal abgegeben werden, hängen nicht von der Amplitude der Eingangss.gnale ab. Es werden also noch Eingangssignale mit wenigen Prozent der Sollainplitude richtig bewertet.

3. Die Schaltungsanordnung spricht während der Übertragungspause, während der keine Nutzsignale am Eingang anliegen, nicht auf Störirn pulse an; es werden also nicht fälschlicherweise Taktsignale erzeugt.

4. Die Taktsignale können konstante Breite und Flankensteilheit haben.

5. Die Schaltungsanordnung erfordert nur einen geringen Aufwand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. ";. Patentansprüche:

   % Schaltungsanordnung zur störsicheren Erkennung tier Nulldurchgänge von sinusähnlichen Nu:z-Signalen veränderlicher Amplitude und Frequenz, der die Eingangssignale Ober einen Differenzverstärker zugeführt werden und bei der bei Vorliegen eines Nulldurchgangs ein Taktsignal erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine Detektorschaltung (DSX deren Eingänge mit den Ausgängen des Differenzverstärkers (DV) verbunden sind und die an den Eingängen mit Kopplungskondensatoren (Cl, CV) versehen ist, deren Kapazität so groß ist, daß sich an den Kondensatoren während einer Übertragungspause Gleichspannungen einstellen, die eine hohe Schaltschwelle der Detektorschaltung zur Folge haben und während des Anliegens von Nutzsignalen Gleichspannungen einstellen, die eine niedrige Schaltschwelle zur Folge haben.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Detektorschaltung (DS) aus einer bistabilen Kippstufe besteht, deren statische Setz- und Rücksetzeingänge über die Kondensatoren Cl und CV mit den Ausgängen des Differenzverstärkers (DV) verbunden sind.