DE2045705C2 - Schaltungsanordnung zur Deltamodulation - Google Patents

Description

Eingang eines Vergleichers 13 verbunden. Ein Impulsgenerator 14 nimmt das normale Ausgangssignal über den Punkt P und das invertierte Ausgangssignal über den Punkt Q vom Vergleicher auf und erzeugt entsprechend dem Ergebnis der aufeinanderfolgenden > Vergleiche Binärsignale, die sich aufgrund der Digitalcodierfunktionen entsprechend den Veränderungen des Eingangssignals ergeben. ]e eine Verzögerungsschal· tung Cp und Cq ist hinter den Ausgängen des Vergleichen 13 angeordnet. Deren Aufgabe wird noch m erläutert. Taktimpulse von einem Taktgeber bestimmen die Zeitpunkte, zu denen das Vergleicherausgangssignal im Impulsgenerator wirksam wird. Der Impulsgeneratorausgang steuert die Aufladungen und Entladungen eines Kondensators im Integrator vermittels einer ΐί Schaltungsanordnung, die ein wesentlicher Teil der vorliegenden Erfindung ist und nun beschrieben wird.

Entsprechend Fig. 1 werden die Taktimpulse der Primärwicklung eines Impulstransformators TI zugeführt Die Sekundärwicklung dieses Transformators speist einen herkömmlichen Diodengleichrichter 16, dessen Ausgang seinerseits zur Basis-Emitterstrecke eines PNP-Transistors 7*1 geführt ist Ein l-ilterkondensator C in Verbindung mit drei Widerständen R 1, R 2 und R3 ist vor dem Eingang des Transistors Ti ·" vorgesehen. Die Schaltelemente 77, 16, Λ 1 bis Λ 3 und T1 bilden in ihrer Gesamtheit eine Stromquelle 15.

Der Kollektor des Transistors Ti ist mit dem einen Diagonaleckpunkt a einer Diodenbrücke DX, D2, D 3. D4 verbunden. Der entgegengesetzte Diagonaleck- s<> punkt b ist mit der Basis des Transistors T\ über den Widerstand R 3 verbunden. Die andere Diagonale der Diodenbrücke ist über ihren einen Eckpunkt c-mit dem Ausgang des Impulsgenerators und über ihren anderen Eckpunkt d mit dem Eingang des Integrators verbun- η den.

Die Funktion dieser Schaltungsanordnung soll nun für den Fall betrachtet werden, daß kein Eingangssignal anliegt. Normalerweise liegt zwar ein solches Signal an: dann ergibt sich aber keine Besonderheit der Funktionen gegenüber Codiereinrichtungen entsprechend dem Stande der Technik. Daher soll dieser Fall mit anliegendem Signal nicht weiter behandelt werden. Wenn nun jedoch kein Eingangssignal anliegt, gibt der Vergleicher 13 eine Aufeinanderfolge von positiven und <!■; negativen Vergieichssignalen ab. Der Impulsgenerator erzeugt infolgedessen eine Folge von B\närimpulsen »1« und »0« im Rhythmus der ankommenden Taktimpulse. Es ergibt sich an seinem Ausgang somit eine Aufeinanderfolge 101010 ..in digitaler Form. Diese yi Folge wird dem Verbindungspunkt dder beiden Dioden D 1 und D4 zugeführt.

Die aem Impulstransformator TI zugeführten Taktimpulse werden über die Sekundärwicklung übertragen und verursachen einen Strom zum Transistor Tl und « weiter zur Diodenbrücke D1-D4 Wenn das Ausgangssignal des Impulsgenerators gerade seinen hohen Pegelwert einnimmt (Bit »1«).dann sind die Dioden D 1 und UI blockiert und ein Ladestrom fließt in den Integrator 12. Im Gegensatz dazu, wenn das Ausgangs M) signal des Impuhgenerators 14 seinen niedrigen Pegelwert aufweist (Bit »0«), sind die Dioden D 2 und D4 gesperrt, und der integrator 13 wird entladen. Es ist klar zu ersehen, daß der Ladestrom des Integrators 13 genau so groß ist wie der Entladestrom, weil die 6^r> jeweiligen Ströme immer durch ein und denselben Transistor Π bestimmt werden. Somit wird die Ungleichheit von Lad«!- und Entladeströmen vermieden.

die bei herkömmlichen Schaltungen mit zwei verschiedenen Stromquellen gegeben sind.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der Anordnung gemäß Fig. 1. Anstelle der vorbeschriebenen Anordnung, die mit Taktimpulsen, dem Impulstransformator TI und dem Transistor 71 arbeitet, wird nur ein Stromkonstanthalter L mit der senkrechten Diagonale der Diodenbrücke verbunden. Das Funktionsprinzip dieser Anordnung ist das gleiche wie vorbeschrieben, da auch hier der durch den Strombegrenzer in die Diodenbrücke fließende Strom für Ladung und Entladung gleich ist.

Trotzdem könnte aus verschiedenen Gründen eine geringe Ungleichheit auftreten, zum Beispiel aufgrund der Eingangscharakteristik des Vergleichers oder aufgrund irgendeiner Unsymmetrie in den Schaltfunktionen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden auch solche Erscheinungen kompensiert durch die automatische .Korrektur, die anhand der Fig. 1, 3 und 4 beschrieben wird.

F i g. 3 ztigt die Wellenform' . der Spannung am Vergieichereingang für drei verschiedene Fälle bei leerlaufendem Eingang. Im Fall (a) ist die Funktion der Codiereinrichtung ideal, und der Wellenzug weist einen vollkommen symmetrischen Zeit- und Pegelverlauf auf. Im FiIIe (b) ist eine ständige Verschiebung gegeben und der Wellenverlauf nicht symmetrisch zum Bezugspegel. Dieser Fall ist nicht etwa im vorhinein kritisch, weil auch bei leerlaufendem Eingang noch abwechselnde Bits »1« und »0« zu erkennen sind. Im Fall ("). der in der Praxis am meisten vorkommt, erscheinen aufgrund der Verschiebungen von Zeit zu Zeit zwei aufeinanderfolgende Bits »1« oder »0«, was zu vernehmbaren Rauschstorungen führt Dies ist der ungünstigste Fall, der in der folgenden Beschreibung betrachtet werden soll.

Die Kurve 1 in F i g. 4 zeigt den Spannungsverlauf am Vergleichereingang für den Fall, daß eine solche unständige Verschiebung vorliegt. Dazu zeigt die Kurve 2 das Ausgangssignal des Vergleichers über den l'unkt P mit zusätzlicher seitlicher Verschiebung. Die Punkt-3trichlinien geben die Funktionsschwellpegel des Vergleichen an. Zwischen den beiden Schwellpegeln befindet sich eine neutrale Zone. Oberhalb des höheren Schwellpegels ist ein positives Ausgdngssignal zu erwarten: unterhalb des niedrigeren Schvveilpegels ist das Ausgangssignal negativ. Ganz unten sind in der Fig. 4 Taktimpulse dargestellt und ganz oben das Ausgangssignal des Impulsgenerators. Das Vergleichen eingangssignal gemäß Kurve 1 ist gegenüber dem idealen Verlauf leicht versetzt dargestellt, wie dies im dri'L-n betrachteten Falle (c) gemäß F i g. 3 gilt. Dies im; auf. wenn die Differenz zwischen dem Ladestrom u^rd dem Entladestrom des Integrators leicht negativ und nicht Null ist, wie dies im idealen Falle zuträfe.

Aufgrund üe^r durch die Verzögerur.gsschaltung Cp eingeführten Verzögerung geht das Ausgangssignal des Vergleichers 13 über den Punkt P(Kurve 2) eine Zeit später durch den höheren Schwellpegel, als dies für das Vergleichereir.^angssignal selbst zutrifft. Wenn dieses betrachtete Ausgangssignal diesen Schwellpegel passiert, wird der Impulsgenerator 14 eingeschaltet und dies, wie die Fig.4 erkennen läßt, um eine Zeit At versetzt gegenüber dem Beginn des zugehörigen auslösenden Taktimpulses. Dies entspricht einer Verkürzung der Entladezeit des Integrators 12 gegenüber seiner Aufladezeit Diese Anordnung weist somit die Eigenschaft auf, verbleibende Ungleichheiten zwischen

dem Lade- und Entladestrom des Integrators ausgleichen zu können. Im gemäß Fig.4 betrachteten Falle reagiert die Anordnung bei einer negativen Differenz zwischen den Strömen mit einer Reduzierung der Entladezeit gegenüber der Aufladezeit. Derselbe Korrektureffekt tritt auf, wenn die Differenz ins Positive geht, wobei dann die Aufladezeit gegenüber der Entladezeit verkürzt wird.

Aus der vorstehenden Erklärung läßt sich erkennen, daß die Korrekturfunktion auf folgendem Gedanken beruht: Wenn die Verschiebung sehr wesentlich wird, dann wird der Wirkungstakt des Impulsgenerator^ nicht mehr allein durch die Zeitlage der Taktimpulse

bestimmt, sondern in verbesserter Weise durch eine Ermittlung des Zeitpunktes, zu dem das Vergleicherausgangssignal jeweils den entsprechenden Schwellpegel verzögert überschreitet. Dies wird durch die Zeitverzögerung der Vergleicherausgangssignale mit Hilfe der Verzögerungsschaltungen Cp und Cq ermöglicht. Dabei wird es natürlich erforderlich, daß die Taktimpulse rechteckförmige Impulse gewisser Breite und nicht zu schmal sind. Anhand eines Zahlenbeispiels soll dies näher spezifiziert werden: Frequenz der Taktimpulse 56 kHz, Breite jedes Taktimpulses eine Mikrosekunde und kürzeste Vefzögerungszeit der Vergleicherausgangssignale eine Mikrosekunde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Deltamodulation mit einem Integrator, einer Lade- und Entladeschaltung, einem Vergleicher und einem Impulsgenerator, der Ausgangssignale vom Vergleicher und Taktimpulse empfängt und die Ladung bzw. Entladung des Integrators steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entladeschaltung durch die Ausgangssignale des Impulsgenerators umschaltbare Stromtore (DX bis D 4) aufweist, über die der Integrator jeweils unter Umkehrung der Stromrichtung mit einer Konstantstromquelle (15) koppelbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entladeschaltung eine Diodenbrückenschaltung (D 1 bis DA) enthält,deren erste Diagonale (a, b) an eine Konstantstromquelle (TX, R 1, R 2, R 3, C, T. /Jangeschlossen ist und deren zweite Diagonale (c, d) mit einem Eckpunkt (d) an den Integrator angeschlossen ist und am anderen Eckpunkt (c) Lade- und Entiade-Steuerimpuise vom Impulsgenerator (14) zugeführt erhält.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Konstantstromquelle eine Strombegrenzerschaltung (L) vorgesehen ist und der Lade-Entladς strom vom Impulsgenerator (14) bereitgestellt bzw. aufgenommen wird.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vergleicher (13) und dem Impulsgenerator (14) Verzögerungsscha. ungen (Cp, Cq) angeordnet sind, die gegenüber einer vo-gegeb nen Breite der Taktimpulse so bemessen S'nd, daß bei Fehlen eines zu modulierenden Eingangasigr.r's und bei asymmetrijcher Verschiebung der Vergieichereingangssignale ein Ausgangssignal des Vergleichers (13) erst dann zum Impulsgenerator (14) gelangt, wenn dort bereits ein Taktimpuls vorliegt, se daß die Lade- bzw. Entladezeit des Integrators (12) verkürzt wird.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale

i) ein Impulstransformator (TI), dessen Primärwicklungen Taktimpulse zugeführt werden, welche synchron oder angenähert synchron mit den die Integratorladungen und -entladungen steuernden Signale sind.

b) eine mit der Sekundärwicklung des Impulstransformators (Tl) verbundene Gleichrichterschallung(16).

c) ein an die Gleichrichterschaltung (16) angeschlossener Filterkondensator (C)und

d) ein Transistor (Ti), dessen Basis über einen Widerstand (R 1) mit einem ersten Pol des Filtrrkondensa'ors (C) und mit dem ersten Eckpunkt (b)dcr ersten Diagonale der Diodenbrik'kenschaltunp (D\ bis Ü4) verbunden ist, wohei der Emitter des Transistors (TX) einen zweiten Widerstand (R 1) /um zweiten Pol des Filterkondensators (C) führt, der Kollektor des Transistors (TX) mit dem zweiten Eckpunkt (a) der ersten Diagonale der Diodenbrückenschaltung (D ¹I bis D 4) verbunden ist und ein dritter Widerstand (R 2) zwischen der Transistorbasis und dem zweiten Pol des Filterkondensators (C) angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Deltamodulation mit einem Integrator, einer Lade- und Entladeschaltung, einem Vergleicher und einem Impulsgenerator, der Ausgangssignale vom Vergleicher und ■> Taktimpulse empfängt und die Ladung bzw. Entladung des Integrators steuert.

Das Prinzip einer solchen Modulation ist entsprechend dem Stande der Technik wohlbekannt; es soll hier nicht mehr erläutert werden. Diese Modulationsart hat

in ein Problem aufgeworfen, das insbesondere dann zum Tragen kommt, wenn bei Leerlauf des Eingangssignals Rauschen auftritt. Zwei veröffentlichte Arbeiten befassen sich mit diesem Problem: Der Aufsatz »Kompaiidierte Deltamodulation bei der Telephonie« von S. J.

Brolin und J. M. Brown im Band Com-16 No. 1, Februar 1968 in der Zeitschrift »IEEE Transactions cn Communication Technology« und de^r Aufsatz »Leerlaufkanalrauschen der Deltamodulation« von P. P. Wang in Band Com-16 No. 5. Oktober 1%8. gleiche Zeitschrift. Das zur Betrachtung kommende Rauschen, das auch als Leerlaufrauschen bezeichnet wird, entsteht dadurch, daß die Stromwerte, die die positiven und negativen Schritte definieren, nicht exakt gleich sind. Wenn sie gleich wären, würde die Modulation bei

2¹) leerlaufendem Eingang durch eine Aufeinanderfolge von gleich großen positiven und negativen Schritten gegeben sein. Praktisch trifft dies jeuoch nicht zu, und eine leichte Abweichung tritt auf. die gelegentlich zwei positive Schritte oder zwei negative Schritte erscheinen läßt, die bei Wiederholungen zu einem sehr unerwünschten Grundrauschen führen.

Bei Schaltungsanordnungen zur Deltamodulation ist es auch bekannt, einen Integrator zu verwenden, der mit einer Ladeschaltung verbunden ist und dessen Ausgang

i"> zu einem Vergleicher führt (»Pictorial Transmission with HIDM« von M. R. Winkler, IEEE International Conv. Rec. 1965, Seiten 285 bis 291). An den Vergleicher ist über einen Verstärker ein Impulsmodulator angeschlossen, der Taktimpulse er,ip^fängt und Impulse zur Steuerung der Ladung und Entlud ing des Integrators erzeugt. Diese Schaltung enthält jedoch keine Mittel, um das oben erwähnte störende Grundrauschen zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Ladung und Entladung eines bei der Deltamodulation verwendeten Integrators zu schaffen, mit der das Leerlaufrauschen eingeschränkt wird. Die Merkmale zur Lösung dieser Aufgabe sind im Anspruch 1 gekennzeichnet. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung an.

Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F ι g. I die Schaltungsanordnung eines ( odierers entsprechend der vorliegenden Erfindung.

F ι g. 2 eine Abwandlung der gemeinsamen Strom quelle gemäß F ι g. t.

Fig. 3 drei verschiedene fälle der Wellenform des dem verwendeten Integrator /ugeführten Stromsund

Fig.4 Wellenfunnen, mit deren Hilfe d>e automat! sehe iCorreklurfunktion des der Erfindung entsprechenden Codierers erläutert wird.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Deltamodüliereinrichtung. Das zu codierende Eingangssignal wird einer Summierschaltung 11 zugeführt, deren zweiter Eingang durch einen Integrator 12 herkömmlicher Art gespeist wird. Der Ausgang der Summierschaltung ist mit dem