DE2055775A1 - Pulsbreiten Demodulator - Google Patents

Description

Anwaltsakte 20 149

Chandler Evans Inc., West Hartford, Connecticut / USA

Pulsbreiten-Demodulator

Die Erfindung betrifft Pulsbreiten-Demodulatorschaltungen. Sie ist demzufolge auf eine Einrichtung zur Gewinnung von Informationen aus Impulsfolgen gerichtet, welche die Informationen in Form der Breiten der Impulse enthalten.

Demodulatorschaltungen sind natürlich bekannt. Mit bisherigen Demodulatoren war es jedoch nicht möglich, genau und rasch einen Gleichspannungs-Auagangspegel zu schaffen, wenn das die Information enthaltende Eingangssignal Pulsbreiten moduliert und somit Störungeempfindlich gegen Frequenzänderungen war. Der Grund dafür kann darin liegen,

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daß bisherige Demodulationstechniken eine Filterung oder eine Gleichrichtung und Filterung des Eingangssignals erforderten. Mit bisherigen Demodulationstechniken, welche ganz oder teilweise auf der Filterung des Eingangssignals beruhten, konnte kein Ausgangsspannungspegel geschaffen werden, welcher genau dem Modulationsgrad des Eingangssignale entspricht, da die Impedanz der erforderlichen Filterschaltungen sich über der Frequenz nicht linear ändert. Das Erfordernis der Filterung der Eingangssignalinformation brachte eine unerwünschte Begrenzung der Ansprechzeiten bisheriger Demodulatoren auf Änderungen des Modulationsgrades mit sich.

Die Erfindung überwindet die oben erörterten sowie weitere Nachteile des Standes der Technik, indem sie einen Impulsbreiten-Demodulator schafft, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er sich linear über dem Modulationsgrad ändert, daß er störungsunempfindlieh hinsichtlich Änderungen der Eingangefrequenz und der Impulsamplitude ist und welcher Änderungen des Modulationsgrades im wesentlichen ohne Zeitverzögerung folgt. Die Erfindung schafft dies ohne die Verwendung τοη Filterschaltungen«

Gemäß Erfindung werden pulabreitenmodulierte Eingangssignale auf ein Sohaltnatzwerk geführt. Das Scheltnetzwerk bildet in Kombination mit einem Paar Integratoren ein Paar Abtast- oder Stichproben- und Halteschaltungen.

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Das von einer bistabilen Schaltung gesteuerte Schaltnetzwerk spricht auf die Eingangsimpulse an und führt abwechselnd den Eingansimpulsen in ihrer Dauer entsprechende Signale auf die Integratoren. Sine weitere Schalterschaltung, welche synchron mit den Abtast- und Halteschaltungen arbeitet, tastet die an den Ausgängen der Integratoren auftretenden Spannungen abwechselnd ab» Während solcher Zeitdauern, während welcher ein erster Integrator abtastet und sich demzufolge auf einen der Bingangsimpulsbreite entsprechenden Gleichspannungspegel auflädt, ist der Ausgang des zweiten Integrators an den Ausgangsanschluß angeschlossen. Das Schaltnetzwerk weist weiter Einrichtungen zum Zurücksetzen der Integratoren unmittelbar Tor dem Abtasten der Eingangsimpulse auf.

Gemäß Erfindung ist eine Pulsbreiten-Demodulatorschaltung vorgesehen, welche erste und zweite Signalabtast- oder Stichproben- und Halteechaltungen aufweist, Signalübertragungseinrichtungen aufweist, um empfangene Eingangsimpulse seriell abwechselnd auf erste und zweite Signalabtast- oder Stichproben- und Halteschaltungen zu führen und Auewähleinrichtungen aufweist, welche synchron mit den Signalübertragungseinrichtungen arbeiten, um den Ausgang der Signalabtast- oder Stichproben- und Halteschaltung, welche den letzten empfangenen -Eingangsimpuls abgetastet hat, mit dem Ausgangsanschluß zu verbinden.

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Durch die nachfolgende Erläuterung der Zeichnungen wird die Erfindung für Fachleute besser verständlich und ihre zahlreichen Merkmale und Vorteile treten besser hervor. In den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Erfindung.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mehr im einzelnen·

Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Spannungen, welche an verschiedenen Punkten der Schaltung nach den Fig. 1 und 2 auftreten.

Wie bereits weiter oben erwähnt, weist der Pulsbreiten-Demodulator gemäß Erfindung eine Schalterschaltung und ein Paar Integratoren auf. In Fig. 1 ist die Schalterschaltung in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet und weist Integratoren 12 und 14 auf. Die Schalterschaltung 10 weist eine Taktsteuerschaltung 16 und eine Ausgangssignal-Auswählschaltung 18 auf. Entsprechend der Beschreibung weiter unten arbeitet ein Teil der Zeitsteuerschaltung mit jedem der Integratoren unter Bildung eines Paars von Abtast- und Halteschaltungen zsammen.

Aus einer gemeinsamen Betrachtung von Fig. 1 und dem Zeit-

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ablaufdiagramm von Pig. 3 geht hervor, daß das pulsbreitenmodulierte Eingangssignal T auf den Eingang der laktsteuerschaltung 16 geführt wird. Gesteuert durch die !aktsteuerschaltung werden Impulse Ϊ1 und IZ mit Breiten, welche aufeinanderfolgend empfangenen Eingangsimpulsen entsprechen, abwechselnd auf die Integratoren 12 bzw. geführt. Die laktsteuerschaltung 16 weist Einrichtungen zur Erzeugung von Schaltsteuersignalen auf, welche festlegen, auf welchen Integrator der jedem Eingangsimpuls entsprechende Impuls geführt werden soll. Ein mit 11 in den Mg. 1 und 5 bezeichnetes erstes Schalteteneraignal wird ebenso auf die Signalauswähleinrichtung 18 geführt und legt fest» welcher Integrator-AusgangaspÄimungsp^gel gemessen weiden soll. Schließlich arbeiten die durc-ii cii« Taktsteuereinrichtu:^ ■■■'.. . „e «chaff «&βη Se.ruäA Siiteii-g-rsigiiale mit den Bingangsimpulsea EUBaisKiea, xiik abwecnöeind die Integratoren 12 und 14 zu löschen, wie dies weiter unten unter Bezug auf 3?ig. 2 erläutert ist. Die Verbindung zwischen den Integratoren 12 und 14 und der Taktsteuereinrichtung 16, durch welche ein löechen der Integratoren erreicht werden kann, wurde in Fig. 1 des leichteren Verständnisses der Erfindung wegen weggelassen, ist aber in Pig. 2 gezeigt und wird weiter unten beschrieben.

Wie oben erwähnt, werden auf die Integratoren 12 und 14" durch die Taktsteuereinrichtung 16 Impulse mit einer dtr Breite der Eingangeimpulse entsprechenden Breite geführt.

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OFHGlNAL (NSPtGfED

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Zunächst soll der Pall "betrachtet werden, daß beide Integratoren anfänglich gelöscht sind. Ein erster Impuls T1 mit einer Breite gleich derjenigen eines ersten empfangenen Eingangsimpulses wird auf einen Integrator 12 geführt und veranlaßt eine Aufladung des Integrators auf einen Spannungspegel el. Nach dem Ende des Eingangsimpulses wird die Taktsteuereinrichtung 16 tätig, um den Integrator 12 vom Hest der Schaltung zu isolieren, wodurch der Spannungspegel el am Integratorausgang gehalten wird. Gleichzeitig überträgt die Taktsteuereinrichtung 16 ein Schaltsignal P2? geeigneter Polarität zu der Signalaaiiswählschaltung 18, wodurch des Ausgangspot ent. I al ei des Integrators 12 auf den Aus gangs ana chlu's J er ^ cha, living geführ; wird» Nach fepfar-- s»iim> zweiten Ei r^vx ^h imp .»!.?:«& wird ein λ;,φ'ί-^],Β ^<fi'^} n:i.'.· "·■■■·..■ <':■.: :■■■-·. ^z ε/·.;·^ρΓ^ :.·'-■·■:' -«r .Br^it^ dieses '■:'■.i.:.'^,. .^,.l^sjj.tr. ;.-,■? «!=·.·.;■ M.ngs^.g ut; !.«■■.i'-sgrauo;¹ s 'i4 mittels der ty&fctst^u&reinr.iehtung iG geführt» Wie aus Pig. 3 ersichtlich Ist„ Ij^sitjäen dar aweits Eingang?»impuls und somit der Impuls ^r£2 eine größere Breite ,*ls der erste Eingangsimpuls« Demzufolge lädt sich der Incegrator auf einen Spannungspegel e2 auf, welcher größer als der Pegel el ist. Nach dem Ende dea zweiten Eingangsimpulses wird der Integrator 14 von der Eingangsschaltung isoliert und die Signalauswählschaltung 18 wird umgeschaltet, wodurch der Spannungspegel e2, welcher von dem Integrator 14 gehalten ist, auf den Ausgangsanschlufl der Schaltung geführt

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wird. Gleichzeitig mit dem Umschalten der Signalauswähleinrichtung 18 wird der Integrator 12 auf Null gelöscht und die Taktsteuerschaltung 16 schaltet weiter, so daß der nächste Eingangsimpuls auf den Integrator 12 geführt wird.

Durch die oben kurz erläuterte Betriebsweise wird das pulsierende Eingangssignal zur Schaffung eines Gleichstrom-Ausgangs, welcher eine pulsweise Darstellung des Eingangssignals ist, demoduliert. Dem Ausgangsspannungspegel ist eine Nacheilung entsprechend einer einzelnen Impulsperiode oder einer einzelnen Impulszeitdauer zu eigen, und demzufolge gestattet die Erfindung ein rascheres Ansprechen als Einrichtungen gleicher Art nach dem Stand der Technik, "bei welchen viele Perioden vergehen, "bevor ein Ausgangssignal eine Änderung des Modulationsgrades wiedergeben kann.

Das heißt, die Ausgangsspannung erreicht sofort nach dem Ende eines einzelnen Eingangsimpulses einen neuen Pegel und nicht erst einige Zeit danach. Die zusätzliche Zeitverzögerung rührt bei Demodulatoren nach dem Stand der Technik von deren Filterungseigenschaften her.

Die Arbeitsweise der Schaltung geaäß Erfindung wird noch deutlicher aus der nachfolgenden Erläuterung von Fig. 2. Das pulsbreitenmodulierte Eingangssignal T wird auf die Basis eines Eingangstransiators 19 geführt. Der Transietor

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19 arbeitet als eine Begrenzerschaltung, wodurch die weitergeführten Impulse alle gleiche Amplitude "besitzen, ihre Breite aber mit derjenigen der empfangenen Eingangsimpulse übereinstimmt. Die an dem Kollektor des Transistors 19 auftretenden Impulse werden gleichzeitig auf einen ersten einpoligen Festkörperumschalter 20, ein Paar NICHT-UliD-Tore 22 und 24 und eine bistabile Multivibratorsehaltung 26 geführt. Der Schalter 20, die Tore 22 und 24 und das Flip-Flop 26 bilden alle Teile der Taktsteuereinrichtung 16 von Fig. 1. Der Schalter 20 kann z.B. einen FET-Schalter (Feldeffekttransistor-Schalter), wie etwa denjenigen von AMBLCO Semiconductor Division of Teledyne Corporation erhältlichen Typ 2126 BG aufweisen· Der Schalter 20 weist ein Paar Feldeffekttransistoren 28 und 30 und einen invertierenden Verstärker 32 auf.

Wenn angenommen wird, daß der Multivibrator 26 anfänglich in den Zustand geschaltet ist, in welchem sein ff-Ausgang positiv ist, wird der Feldeffekttransistor 28 anfänglich zur Steuerung vorbereitet und infolge der invertierenden Wirkung des Verstärkers 32 wird der Feldeffekttransistor 30 in den nichtleitenden Zustand gesteuert. Demzufolge macht die voreilende Flanke eines ersten Eingangsimpulses den Transietor 38 leitend, und ein Impuls T1 wird auf den Integrator 12 geführt. Dieser Impuls besitzt eine Amplitude entsprechend derjenigen von dem Transistor 19 geschaffenen Impulses und eine Zeitdauer entsprechend der

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Breite des Eingangsimpulsea. Zu diesem Zeitpunkt ist, da der Transistor 30 nichtleitend ist, der Integrator 14 von der Eingangsimpulsfolge isoliert. Der Integrator 12 kann z.B. einen zusätzlichen Funktionsverstärker und einen Kondensator 01 aufweisen.

Wenn der TI-Impuls auf den Integrator 12 geführt wird, ändert sich die Spannung am Kondensator 01 des Integrators auf einen Spannungspegel el. Der Spannungspegel el ändert sich linear mit der Aufladezeit und somit linear mit der Eingangsimpulsbreite·

Die nacheilende Flanke des ersten Singangeimpulses schaltet den Multivibrator 26 um und läßt die Vorwärts-Vorspannung am Transistor 28 verschwinden, wodurch der Integrator 12 von der Eingangsschaltung isoliert wird. Der Spannungspegel el, auf welchen der Integrator 12 während der Zeitdauer des ersten Eingangsimpulses aufgeladen wurde, wird demzufolge am Integratorausgang gehalten* Der zweite oder FF-Ausgang des Multivibrators 26 wird auf einen zweiten einpoligen Feldeffekttransistor-Umschalter 18 geführt, welcher identisch mit dem Schalter 20 sein kann. Der Schalter 18, welcher als Signalauswählsohaltung arbeitet, weist ein Paar Feldeffekttransistoren 34- und 36 und einen inver?- tierenden Verstärker 38 auf. Der von dem Umschalten des Multivibrators 26 durch die nacheilende Flanke des ersten Singangaimpulses herrührende positive Ρϊ-Auagang lält den

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Transistor 54 in der Auswahlschaltung 18 vorgespannt werden, und das am Ausgang des Integrators 12 auftretende Potential el wird demzufolge auf den Ausgangsanschluß der Schaltung geführt.

Durch das Umschalten des Multivibrators 26 infolge der nacheilenden Flanke des ersten Eingangsimpulses durch den Betrieb des Inverters 32 wird auch der Transistor 30 des Schalters 20 zur Durchsteuerung vorbereitet, wodurch der nächste Eingangsimpuls oder ein begrenzter, ihm entsprechender Impuls auf den Integrator 14 geführt wird. Es muß hervorgehoben werden, daß der FP-Ausgang des Multivibrators 26 als erster Eingang auf ein NICHf-UND-Tor 24 geführt wird, während der ff-Ausgang des Multivibrators 26 als erster Eingang auf ein NICHT-J-UND-Tor 22 geführt wird. Durch das Umschalten des Multivibrators 26 durch die nacheilende Flanke eines ersten Eingangsimpulses T1 wird ein positives Signal auf die Basis eines ""eiteren Feldeffekttransistorsehalters 40 durch ein NICHiE-UHD-iEor 24 geführt.

Wähmd somit kein Eingangsimpuls empfangen wird und der Multivibrator 26 in denjenigen Zustand geschaltet wird, in welchem an seinem FF-Ausgangsanschluß ein positives Potential erscheint, wird eine positive Vorspannung auf den Schalter 40 geführt. Der Schalter 40 wird somit eingeschaltet (geschlossen), woduroh ein Kurzschlußentladungsweg für den Kondensator 02 in dem Integrator 14 geschaffen

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wird. Dementsprechend wird der Integrator 14 vor dem Empfang eines zweiten Eingangsimpulses gelöscht·

Die voreilende Planke eines zweiten Eingangsimpulses läßt den zur Steuerung vorbereiteten !Transistor 30 des Schalters 20 leitend werden, und es wird ein Impuls T2 auf den Eingang des Integrators H geführt. Wenn angenommen wird, daß der zweite Eingangsimpuls eine andere Breite als der erste Eingangsimpuls besitzt, wird der Kondensator C2 in dem Integrator 14 auf einen zweiten Spannungspegel e2 während der Zeitdauer des zweiten Eingangsimpulses aufgeladen. Während dieser Zeitdauer, während welcher der Integrator 14 den Impuls T2 verarbeitet, wird das NIQHT-TJND-Tor 24 in den nichtleitenden Zustand gesteuert, in dem der Impuls T2 direkt auf dieses geführt wird· Der durch den Feldeffekttransistorschalter 40 aufgebaute Entladungsweg wird somit unterbrochen·

Die nacheilende Flanke des zweiten Eingangsimpulses schaltet den Multivibrator 26 in seinen ursprünglichen Zustand, und in der oben unter Bezug auf den Betrieb des Integrators 12 beschriebenen Weise wird der Integrator 14 von der Eingangsschaltung isoliert. Durch das Löschen des Multivibrators 26 verschwindet auch das Lösch-Steuersignal von dem Eingang für das HICHT-UND-Ior 24, was den Leitfähigkeltazustand dee Transistors 34 der Signalauswähleinrichtung 18 beendet. Somit wird der Ausgang den Intt-

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grators 12 von dem Ausgangsanschiuß der Schaltung abgeschaltet. Gleichzeitig wird der Transistor 36 der Signalauswähleinriehtung 18 durch die Tätigkeit des Inverters leitend, wodurch der Ausgang des Integrators 14 mit dem Ausgangsanschluß der Schaltung verbunden wird. Demzufolge ändert sich die Ausgangsspannung der Schaltung gleichzeitig mit dem Ende des zweiten Eingangsimpulses, welcher zur Schaffung des e2-Potentials integriert wurde, von dem Spannungspegel el zu dem Spannungspegel e2.

Durch das Zurücksetzen oder Löschen des Multivibrators 26 wird auch ein positives Potential auf den ersten Eingang des NICHT-UND-Tors 22 geführt, und da auf den anderen Eingang des NICHT-UND-Tors zu dieser Zeit kein anderer Eingangsimpuls geführt wird, wird das positive PF-Signal auf den Feldeffekttransistorschalter 42 geführt, damit ein Entladungsweg für den Kondensator C1 des Integrators 12 geschaffen wird. Der Integrator 12 wird auf diese Weise gelöscht oder zurückgesetzt, und ist damit zum Empfang eines Signals entsprechend einem dritten Eingangsimpuls bereit. Das positive Ϊϊ-Signal vom Multivibrator 26 wird auch auf die Basis des Transistors 28 in der Schalterschaltung 20 geführt, damit dieser Schalter für die Steuerung vorbereitet wird. Dadurch wird der nächste Eingangsimpuls zum Integrator 12 geführt·

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Der Demodulator arbeitet in der oben beschriebenen Weise so lange weiter, als er Eingangsimpulse empfängt· Signale entsprechend jedem der aufeinanderfolgenden Impulse werden abwechselnd auf den ersten und den zweiten Integrator geführt, so daß während ein Integrator den wirksamen Demodulatorausgang schafft, der andere zurückgesetzt oder gelöscht ist, und es wird die Eingangsimpulsfolge abgetastet.

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Claims (8)

1. Patentanepriiciie ι

   Pulsbreiten-Demodulatorschaltung, gekennzeichnet durch erste und zweite Signalabtast- und Halteschaltungen, Signalübertragungseinrichtungen, um seriell empfangene Eingangeimpulse abwechselnd auf erste und zweite Signalabtastund Halteschaltungen zu führen, und eine Auswähleinrichtung zum abwechselnden Verbinden der Ausgänge der Signalabtast- und Halteschaltungen mit einem Ausgangsanschluß der Demodulatorschaltung, wobei die Auswähleinrichtung synchron mit der Signalübertragungseinrichtung arbeitet, um den Ausgang der Signalabtast- und Halteschaltung, welche den zuletzt empfangenen Eingangsimpuls abtastet, mit dem Ausgangsanschluß zu verbinden·
2. 2. Demodulatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalabtast- und Halteschaltungen jede itegratoreinrichtungen zur Schaffung eines der Dauer eines zugeführten EingangsSignals en"sprechenden Ausgangspotentials aufweisen.
3. 3. Demodulatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche synchron mit den Signalübertragungseinrichtungen arbeiten, um die Signalabtaet- und Halteschaltungen nach deren Abschaltung von dem Ausgangsansohluß durch die Selektoreinrichtungen zurückzusetzen oder zu löschen·

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4. 4. Demodulatorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungseinrichtungen eine erste Schaltereinrichtung zum selektiven Führen von Eingangsimpulsen auf eine der Signalabtast- und Halteschaltungen aufweisen, daß Einrichtungen zur Erzeugung von Schaltersteuersignalen in Abhängigkeit von empfangenen Eingangsimpulsen vorgesehen sind, wodurch aufeinanderfolgend empfangene Eingangsimpulse die Schaltersteuersignale sich ändern lassen, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Schaltersteuersignale auf erste Schaltereinrichtungen zu führen, um aufeinanderfolgende Eingangsimpulse auf abwechselnd andere Signalabtast- und Halteschaltungen zu führen,
5. 5. Demodulatorschaltung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksetz- oder Löscheinrichtungen erste und zweite Schaltereinrichtungen aufweisen, welche jeweils parallel zu den Signalabtast- und Haiteschaltungen geschaltet sind, wobei die zweiten und dritten Schaltereinrichtungen auf die Schaltsteuersignale zum abwechselnden Kurzschließen der Signalabtast- und Haiteschaltungen ansprechen·
6. 6. Demodulatorschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen sum Führen der Eingangeimpulse auf die zweiten und dritten Schaltereinrichtungen

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   vorgesehen sind, und daß die Eingangsimpulse die zweiten und dritten Schaltereinrichtungen nichtleitend machen.
7. 7. Demodulatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswähleinrichtungen vierte Schaltereinrichtungen aufweisen, welche mit den Einrichtungen zur Erzeugung des Schaltsteuersignals verbunden sind und auf von dieser Einrichtung erzeugte Signale ansprechen»
8. 8. Pulsbreiten-Demodulatorschaltung, wie sie im wesentlichen unter Bezug auf die "beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde.

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