DE2058072C3 - Demodulator für frequenzmodulierte Schwingungen in einem System zur Übertragung von Binärinformationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Demodulator der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 angegebenen: Art. Ein derartiger Demodulator ist aus der DE-OS 15 37 094 bekannt Dieser bekannte Decoder ist für die Signalübertragung über das öffentliche Telefonnetz vorgesehen und muß daher zwischen drei Pegeln oder Werten, nämlich zwischen Markierung, Zwischenraum und Pause, nicht aber zwischen nur zwei Pegeln, nämlich den Pegeln 0 und 1, von Binärsignalen unterscheiden. Dabei werden bei dem bekannten Demodulator zwei Steuersignale, nämlich ein Eingangssignal und ein Auslösesignal im Zusammenhang mit dem Zähler verwendet, wodurch relativ wenige Taktimpulse zum Zähler gelangen. Die bekannte Schaltung beruht auf der Zählung der Impulse, wobei die verschiedenen Stufen des Binärzählers mit UND-Gliedern verbunden sind, die die entsprechende Unterscheidung gemäß den Zählungen durchführen. Ein solches Verfahren ist zwar zur Diskriminierung von drei oder mehr Pegeln oder Frequenzen sinnvoll, es ist jedoch nicht dann verwendbar, wenn auf hohe

50 VX

Vl

71 - IT

τι ^Yf

Tl Ti '

wenn 72 die Periode der einen Tastfrequenz h, 71 die Periode der anderen Tastfrequenz f\ (bei /i < /2) und 7 die der konstanten Impulspause entsprechende Kippzeit der monostabilen Kippschaltung ist.

Tl

Bei einem Wert von 7 =

■ würde das Verhältnis

Vi

p^ einen unendlichen Wert annehmen, was für den

60 Betrieb des Schwellwertkreises an sich am günstigsten wäre. Dieser günstige Zustand läßt sich aber mit einer herkömmliehen monostabilen Kippschaltung nicht erreichen, bei welcher der erreichbare Wert von 7 nur

etwas größer als -3- ist. Diese Einschränkung folgt

daraus, daß die monostabile Kippschaltung eine gewisse Regenerationszeit benötigt, bevor sie wieder erregt

werden kann. Mit T ~—r-ergibt sich:
Vl ., Tl „

Im Falle des ersten Kanals eines Wechselstrom-Telegraphiesystems, bei dem die beiden Tastfrequenzen f\ = 390 bzw. /j = 450 betragen, ergibt sich z. B.

-pi-= 1,15. Dies bedeutet, daß bei V\ = 1 Volt die andere Spannung V2 = 1,15VoIt beträgt. Die beiden Spannungspegel liegen einander offensichtich so nahe, daß sie nicht mit ausreichender Sicherheit durch einen Schwellwertkreis diskriminiert werden können. Außerdem würde beim Schwellwertkreis das besonders schwierige Problem der Stabilisierung der Bezugsspannung auftreten, das auch nicht durch geeignete Verstärkung des Signals umgangen werden kann, weil man dadurch das von den beiden Tastfrequenzen abhängige Verhältnis der beiden Spannungspegel Vl und V 2 nicht beeinflussen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator mit Messung der Periodendauer anzugeben, der auch nahe beieinanderliegende Spannungspegel mit hoher Sicherheit diskriminiert, der die erläuterte Einschränkung hinsichtlich der Dauer Γ der Impulspausen vermeidet, die Schwierigkeiten hinsich.-lich der Stabilisierung einer Bezugsspannung nicht j₍₎ aufweist und auch für hohe Übertragungsgeschwindigkeit geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst j*-,

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 2 angegeben.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht eine sichere Unterscheidung auch zwischen nahe beieinanderliegenden Spannungspegeln, ohne daß auf 4η die Impulspausendauer 7*Rücksicht genommen werden muß. Der 'irfindungsgemäße Demodulator kann daher auch bei hohen Übertragungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Darüber hinaus treten keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Stabilisierung einer Bezugsspan- 4-, nung auf.

Die Kennlinie des Demodulators ist linear bis zu einer oberen Orenzfrtquenz, die bei oiner vorgegebenen Zählerkapazität von der Folgefrequenz der Impulse abhängt, die den Zähler weiterschalten. Wird diese Grenzfrequenz gleich der höheren Tastfrequenz gewählt, so ergeben sich die günstigsten Verhältnisse zur Diskriminierung der beiden Spannungspegel, die am Ausgang eines dem Zähler nachgeschalteten Tiefpasses erscheinen, durch einen Schwellwertkreis. Die Binärinformation kann aber auch gemäß einer anderen Lösung dadurch gewonnen werden, daß eine Grenzfrequenz gewählt wird, die zwischen den beiden Tastfrequenzen liegt. In diesem Fall nimmt der Zähler selbst eine Klassifizierung der Frequenzen der modulierten bo Schwingung in Abhängigkeit davon vor, ob diese Frequenzen vor oder hinter der Grenzfrequenz liegen. Zur Wiederherstellung der Binärinförrnatiön ist eine Verknüpfungsschaltung vorgesehen, die den Zustand des Zählerausgangs bei der Zählerriickstellung prüft. _b5

Durch die Erfindung ist es möglich, die Dauer Γ der Impulspausen bis zum maximalen Wert Γ2/2 zu erhöhen, wobei

a) die Differenz zwischen den beiden den Tastfrequenzen entsprechenden Spannungspegeln maximal ist und

b) die Spannung für die höhere Tastfrequenz gleich Null ist. Dies ermöglicht es, die Differenz zwischen den beiden Ausgangsspannungspegeln des Tiefpasses mittels eines Verstärkers zu vergrößern, ohne den kleineren Pegel in gleichem Maße zu verstärken (da die eine Spannung auch nach der Verstärkung gleich Null bleibt).

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine einzige Einrichtung zur Durchführung der Demodulation auf mehreren Kanälen verwendet werden kann, da beim Übergang vom einen auf den anderen Kanal lediglich einfach eine Bezugsfrequenz gewechselt werden muß. Die Anwendung der Erfindung ist also besonders günstig in Vielkanal-Übertragungssystemen mit Binärfrequenzmodulation (Wechselstromtelegraphie, Datenübertragung). Darüber hinaus kann bei neuzeitlichen Modulatoren, deren modulierte Frequenz durch Abziehen bzw. Hinzufügen von Impulsen von bzw. zu einer Grundimpulsfolge gewinnen wird, wie es z. B. in der deutschen Patentanmeldung P 20 09 036.2 beschrieben ist, als Bezugsfrequenzgenerator derselbe Oszillator benutzt werden, der die Grundimpulsfolge für den Modulator erzeugt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 2 die Schwingungsform des Demodulators gemäß Fig. 1,

F i g. 3 eine Verknüpfungsschaltung, die auf die Nulldurchgänge der modulierten Schwingung anspricht bzw. diese erfaßt,

Fig.4 Schwingungsformen in der Verknüpfungsschaltung gemäß F i g. 3 und

Fig.5A die Kennlinie eines konventionellen Demodulators und 5B die Kennlinie eines Demodulators gemäß der Erfindung.

Im Demodulator gemäß Fig. 1 wird das Eingangssignal f durch eine Schaltung AS verstärkt und zu einer Rechteckschwingung begrenzt. Eine »logische« Verknüpfungsschaltung RL liefert bei den Nulldurchgängen der rechteckförmigen Eingangsschwingung Qt jeweils Ausgangsimpulse.

Diese Impulse bewirken die Rückstellung eines Zählers Cn, der bis N zählt, und von dem in F i g. 1 zur Erläuterung der Erfindung die letzte Stufe in Form einer bistabilen Kippschaltung ß dargestellt ist. Mit CPist der Taktfrequenzeingang (Setzeingang) dieser Stufe bzw. Kippschaltung bezeichnet, mit ο der Rückstelleingang und mit q der Ausgang.

Der Zähler Cn wird durch Impulse weitergeschaltst, die von einem Zeitgeber T erzeugt werden und eine Taktfrequenz von Λ//2 haben, wobei h die höchste Frequenz des Systems ist. Die Ausgangsschwingung der Stufe B wird durch einen Tiefpaß PB gefiltet t und ergibt eine Spannung V₁₁ mit zwei Pegeln, die den Tastfrequenzen entsprechen. Durch Diskriminierung der beiden Pegel der Spann"ng V„ gibt ein Schwellwertkreis S an seinem Ausgang U die in der modulierten Schwingung enthaltene digitale Information wieder.

Das Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung B ist in Fig. 2 mit B_u bezeichnet. Mit Fist die Impulsfolge am Ausgang der Verknüpfungsschaltung RL angegeben. Wenn die zu diskriminierende Schwingung die Frequenz F₂ hat, besitzt die Impulsfolge Fdie Periode T2/2,

und der mit-s- bezeichnete Teil des Zählers CN, der bis

zuy zählt, wird rückgestellt, sobald er seinen maximalen Inhalt erreicht hat. Die bistabile Kippschaltung B wird dabei nicht umgeschaltet, so daß ihr Ausgang auf ■> Nullpoteniial bleibt. Auch bei höheren Frequenzen als h bleibt das Ausgangssignal der Kippschaltung B immer

auf Nullpotential, weil der Zählerteil y rückgestellt wird, bevor er seinen maximalen Inhalt erreicht.

Bei niedrigeren Frequenzen als h hat dagegen der

Zählerteil y die erforderliche Zeit, um sich ausgehend

vom Zeitpunkt des Auftretens eines Rückstellimpulses vollständig »füllen« zu können und die bistabile η Kippschaltung ß umzuschalten. Diese Kippschaltung wird dann durch den nächsten Ausgangsimpuls der Schaltung RL wieder rückgestellt.

Hat die Eingangsschwingung die Frequenz /Ί (F i g. 2).

cn hahpn Hip ΔιιςσηησςίΓηηιιΙςρ Hör .S — _._ . —_σ—_σ. _r

Rl. ilip χι

Periode 71/2. Während jeder Periode 71,2 mißt der Zählerteil y ein Zeitintervall Tm ausgehend vom

Zeitpunkt I_n. zu welchem ein Au.sgangssignal der Schaltung RL erscheint. Nach diesem Zeitintervall schaltet er die Kippschaltung B um, die in den Ruhezustand zurückkehrt, wenn nach einem Zeitintervall T212 am Ausgang der Schaltung RL der nächste Ruckstellimpuls auftritt.

Die Auswahl der Zählerkapazität beruht auf folgender Überlegung: Da die Frequenz des Eingangssignals ί ist keinem festen Verhältnis zur Taktfrequenz N h steht, kann der Rückstellimpuls am Ausgang der Schaltung RL zu einem beliebigen Zeitpunkt erscheinen, der zwischen zwei Impulsen der Taktfrequenz N /j liegt. Dies bringt einen Fehler in der Modulatorkennlinie mit sich, der gleich der Periode der Taktfrequenz Λ//2 ist. Dieser Fehler kann bei ausreichend großem N beliebig reduziert werden, wenn die die Der^odulatorkennünie kennzeichnende Grenzfrequenz h unverändert gehalten wird. Durch entsprechende Wahl diener Grenzfrequenz h kann der Demodulator an jeden beliebigen Übertragungskanal angepaßt werden.

Die in F i g, 3 dargestellte Verknüpfungsschaltung RL enthält in Kaskade geschaltete Inverter 1,2,3 und 4, die nicht nur nacheinander die Eingangsschwingung invertieren, sondern auch durch die Wirkung der in den Invertern enthaltenen Reaktanzglieder bei jeder Inversion eine Verzögerung einführen. Die am Ausgang des Inverters 3 erscheinende Rechteckschwingung φ (F i g. 4) ist also invertiert und gegenüber der Rechteckschwingung Qdurch die Wirkung der Inverter I, 2 und 3 um eine Zeitspanne r verzögert. Ein UND-Glied A\ erzeugt aus diesen beiden Rechteckschwingungen gewonnene Impulse U,\\ bei den positiven Flanken der Rechteckschwingung Q. Durch Vergleichen der Ausgänge der Inverter 1 und 4 erzeugt entsprechend eir I !ND-Cilied A₂ Impulse bei den positiven Flanken dei Schwingung Qi und somit bei den negativen Flanken dei Schwingung O- Die beiden Impulsfolgen werrkr, vor einem NOR-Glied Λ/ι addiert.

Der oben beschriebene Diskriminierungsbetrieb de! Demodulators ist in Fig.") veranschaulicht. Durcr Verstärken des Basisbandsignals erfolgt im Fall dei Fi g. 5A, die einen bekannten Demodulator betrifft, eir Wechsel von der Kennlinie (a) zur Kennlinie (b), wöbe diu Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ptgeln Vl und V2 proportional zur Verstärkung g ansteigt. Irr gleichen Verhältnis steigt aber auch der Pegel V1 an. In Fall der Fig.5B, welche die vorliegende Erfindung betrifft, ist es möglich, durch die Verstärkung be geeigneter Wahl des Verstärkungsgrades (g\ oder g 2 die gewünschte Differenz zwischen den beiden Span nungspegeln Vl und V2 zu erhalten, wie durch di< Kurven a. b und c dargestellt ist, wobei der Pegel V den Wert Null behält.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Demodulator zum Demodulieren frequenzmodulierter Schwingungen durch Messung der Periodendauer in einem System zur Übertragung von Binärinformationen, mit einer Schaltung zum Umformen der empfangenen Schwingungen in eine Rechteckschwingung, mit der eine Verknüpfungsschaltung verbunden ist, die bei den Nulldurchgängen der Rechteckschwingung Impulse erzeugt, mit einem Zähler, der an seinem Eingang eine von einem örtlichen Oszillator erzeugte Impulsfolge empfängt und an seinem Ausgang im Zeitabschnitt zwischen zwei den Nulldurchgängen entsprechenden Impulsen eine der Frequenz der empfangenen Schwingungen proportionale Anzahl von Impulsen erzeugt, mit einem an den Ausgang des Zählers geschalteten Tiefpaßfilter, das eine zur Anzahl der empfangenen Impulse proportionale Spannung erzeugt, und mit einem an den Tiefpaß angeschlossenen Schwellenkreis zeit Diskriminierung von mindestens zwei Spannungswerten, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Tiefpaß (PB) bei Empfang einer Schwingung, welche die für das System vorgesehene Höchstfrequenz oder eine höhere Frequenz hat, erzeugte Spannung den Wert Null hat, daß die Zählkapazität des Zählers (C_n) gleich der Anzahl (N) der Impulse ist, die der Oszillator (T) während der Zeit des Empfangs einer Schwingung mit der Höchstfrequenz (f_z) liefert, daß der Ausgang des Zählers (C_n) an seiner letzten Stufe (B) vorgesehen ist, und daß der Zähler (C_n) durch die den Nulldurchgängen der Rechteckschwingung entsprechenden Impulse rüciigestellt wird.

2. Demodulator iiach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von: Zeitgeber (T) erzeugten Impulse eine Taktfrequenz (N ■ £) haben, die um einen der Zählerkapazität gleichen Faktor (N) größer ist als die maximale zu demodulierende Frequenz (fi), und daß das demodulierte Signal aus dem Ausgangssignal des Zählers (C_n) mittels eines Tiefpasses (PB) gewonnen wird, dem ein Schwellwertkreis (S^nachgeschaltet ist.

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Übertragungsgeschwindigkeiten Wert gelegt wird.

Bei einem sogenannten »Periodendauermessungs-Demodulator« wird die empfangene Schwingung durch Begrenzung, Differenzierung und Gleichrichtung in eine Folge von sehr kurzen Impulsen verwandelt, die den Nulldurchgängen der modulierten Schwingung entsprechen. Offensichtlich entspricht die mittlere Frequenz, mit der die Nullstellen auftreten, genau den beiden Frequenzen, welche die in der modulierten Schwingung enthaltenen Binärinformationen bilden (Tastfrequenzen). Jeder einem Nulldurchgang entsprechende Impuls wird dann zur Ansteuerung einer monostabilen Kippschaltung benutzt, die an ihrem Ausgang eine Folge von Impulsen konstanter Amplitude liefert Je nach dem ausgewählten Ausgang der monostabilen Kippschaltung sind in dieser Impulsfolge entweder die Impulse oder ihre Pausen von konstanter Dauer. In beiden Fällen gibt die Form der Ausgangsschwingung, die durch einen Tifpaß gefiltert wird, in Übereinstimmung mit den beiden Tastfrequenzen zwei unterschiedliche Spannungspegel wieder, aus denen sich durch einen Schwellwertkreis die ursprüngliche Nachricht wiederherstellen läßt

Ein solcher Demodulator ist im Unterschied zu anderen bekannten Demodulatorarten in Form einer integrierten Schaltung realisierbar, was ein wesentlicher Vorteil ist, wenn aus Platzmangel eine strenge Miniaturisierung erforderlich ist Bisher hatte er jedoch einen Nachteil, dev ihn wenig geeignet zum Einsatz in Systemen zur Übertragung von Binärinformationen erscheinen ließ. Eine der wichtigsten Bedingungen zur Erzielung einer guten Diskriminierung eines frequenzmodulierten Signals besteht darin, daß zwischen den beiden Gleichspannungspegeln, die an den Schwellwertkreis zur Regeneration der Information angelegt werden, ein angemessener Abstand eingehalten wird. Dieser Umstand vereinfacht die Identifizierung und gewährleistet eine gewünschte Sicherheit bei den Diskriminierungsvorgängen im Demodulator.

Wenn der Abstand zwischen den beiden Tastfrequenzen nicht genügend groß ist, <;ind die nach dem beschriebenen Verfahren zu diskriminierenden Gleichspannungspegel einander zu nahe und daher vom Schwellwertkreis kaum zu unterscheiden. Bei einer Impulsfolge mit konstanten Impulspausen beträgt das Verhältnis der beiden Pegel