DE2121456C3 - Koinzidenz-Filter - Google Patents

Description

In Anlagenteilen der Fernmelde-, insbesondere Fernsprechtechnik, werden vielfach Filteranordnungen, z. B. für die Überwachung und Verarbeitung von Wahlkriterien bzw. von für eine Gesprächsverbindung notwendigen Signalisierangszeichen benötigt Für derartige Anwendungsfälle ist man nun insbesondere im Hinblick auf die in zunehmendem Maße eingesetzten miniaturisierten, z. B. integrierten, Schaltkreise bestrebt die klassischen Filter, die also Spulen enthalten, zu vermeiden. Dies führie zur Anwendung der ohne Spulen aufgebauten und damit einer Miniaturisierung zugänglichen Koinzidenz-Filter. Mit einem solchen Koinzidenz-Filter ist eine Aussage über die- CoSe der Frequenz eines Eingangssignals aufgrund folgender Wirkungsweise möglich:

Zur Frequenzdiskriminierung wird das Eingangssignal in einer Pulsformerstufe in eine Pulsfolge mit Impulsen einer vorgegebenen Breite umgewandelt die an eine definierte Phasenlage des Eingangssignals gebunden ist Von dieser ersten Pulsfolge, die also synchron mit der Eingangsfrequenz abläuft wird eine zweite abgeleitet die gegenüber der ersten um eine

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>irig«.g^ls^ll& iviMUlaJItc £»cil vcl£UgCJl ISU LHl älLr'II UCF zeitliche Abstand der unverzögerten Impulse mit der Eingangsfrequenz ändert fallen nur für ganz bestimmte Frequenzen die verzögerten Impulse, die nach dem Verzögerungsglied noch eine weitere Pulsformerstufe durchlaufen, und die unverzögerten Impulse zeitlich zusammen. Führt man nun die beiden Pulsfolgen an die Eingänge einer Koinzidenzstute, so kann dies zur Frequenzdiskriminierung herangezogen werden. Am Ausgang dieser Koinzidenzstufe treten nur dann Pulse auf, wenn sich die Frequenz des Eingangssignals

■■»».ι iiatu 1.11IU L/^SUIIIIIIICII π CIJUCII^III'CI vailS UCIIIIUCU Die Zerlegung erfolgt also nach den zeitlichen Durchgängen des Eingangssignals durch ein bestimmtes Spannungsniveau, das z. B. durch das Triggerniveau der ersten Pulsformerstufe vorgegeben ist Die übrige Kurvenform des Signals ist ohne Bedeutung für die auf diese Weise vorzunehmende Frequenz-Diskriminierung.

Um nun dieser Anordnung den Charakter eines Filters zu geben, wird noch das Eingangssignal im Falle der Koinzidenz über eine Torschaltung an den Ausgang durchgeschaltet, wobei für die Dauer der Koinzidenz

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60 beispielsweise durch ein Verlängerungsglied die Steuerspannung für dieses Gatter abgeleitet wird. Mit diesem bekannten Prinzip eines Koinzidenz-Filters lassen sich nun Bandpässe, Hochpässe sowie durch Kombination des Gatters mit einer »Nichte-Schaltung auch Bandsperren und Tiefpässe realisieren.

Bei diesen bekannten Koinzidenzfiltem erfolgt die Ableitung der gegenüber der ersten Pulsfolge um einen vorgegebenen Betrag verzögerten Palsfolge durch eine normal aufgebaute Kippstufe, z.B. eine monostabile Stufe.

Ein derartiges Koinzidenzfilter hat nun neben der großen Anfälligkeit gegenüber Störspannungen den Nachteil, daß es auch für ganzzahlige Vielfache der zu erkennenden Frequenz durchlässig ist Eine bekannte Möglichkeit die höheren Harmonischen von der Koinzidenz auszuschließen, besteht darin, ein klassisches Filter vorzuschalten. Diese Vorselektion erfordert einen zusätzlichen Aufwand und gleichzeitig kann dadurch die Einschwingzeit nachteilig vergrößert werden. Durch die Verzögerung der Eingangssignal abgeleiteten, dazu synchronen Pulsfolge vermittels einer monostabilen Kippstufe können sich Abweichungen in der Verzögerungszeit ergeben, so daß dadurch Unsicherheitsbereiche entstehen, in denen die Filterfunktion nicht einwandfrei erfüllt wird.

Durch die britische Patentschrift 11 02 583 ist eine Anordnung bekannt die dazu dient zwe^: Signalfolgen von vorgegebener und jeweils unterschiedlicher Frequenz voneinander zu unterscheiden und die jeder Signalfolge zugeordneten Folgefunktionen auszulösen. Zu diesem Zweck wird das Eingangssignal jeweils unmittelbar einer Impulsformerstufe zur Ableitung einer dazu synchronen Impulsfolge und einer Rechteckimpulse liefernden OszUlatorschaltung zugeführt, wobei die entstehenden Ausgangssignale über eine nachgeschaltete Verknüpfungsschaltung bewertet werden. Der von den Eingangssignalen anzusteuernde Oszillptor ist so ausgelegt daß er ausschließlich durch ein anliegendes Signal mit einer bestimmten Frequenz synchronisierbar ist während er beim Anliegen des anderen Eingangssignales frei schwingt Die im letzteren Fall gegenüber der zu beurteilenden Impulsfolge mit der einen, davon nach unten abweichenden Frequenz bestehende zeitliche Verschiebung führt am Ausgang des Bewertungsgliedes zu einzelnen irnpuuen. Diese dienen dann als Kriterium für das Anliegen eines Eingangssignals mit der einen zu erkennenden Frequenz. Liegt ein Eingangssignal mit der anderen ebenfalls zu erkennenden Frequenz an, so wird der vorhandene Oszillator dadurch synchronisiert so daß die von der Impulsformerstufe und von der OsziHatorsehahung abgegebenen Ausgangssignale zeitlich übereinstimmen. In den beiden Fällen ergeben sich also am Ausgang der Verknüpfungsschaltung unterschiedliche Ausgangssignale, so daß dadurch eine Aussage über das der Schaltungsanordnung zugeführte

Eingangssignal inügiiui lsi.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit eines Koinzidenzfilters zu verbessern, wobei dieser Koinzidenzfilter eine Pulsformerstufe enthält in der von der Eingangsspannung eine dazu synchrone Pulsfolge abgeleitet wird, die unmittelbar an den einen Eingang und um eine konstante Zeit verzögerbar über eine weitere Pulsformerstufe an den anderen Eingang einer, das Kriterium für die auszuwählende Frequenz liefernde Koinzidenzstufe geführt wird.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß die Verzögerung der abgeleiteten Pulsfolge vermittels eines

durch die Impulse einer mit der zu erkennenden Frequenz übereinstimmenden oder innerhalb eines auf diese Frequenz bezogenen Toleranzbereiches liegenden Pulsfoige synchronisierbaren Relaxations-Oszillators erfolgt, wobei der Toler.mzbereich durch die Impulsbreite des durch die weitere Pulsforme'stufe bestimmten Impulses vi Tgebbar ist

Das erfindungsgemäß verwendete Verzögenjngsgfied ist als astabüe Stufe mit einem Schaltglied aufgebaut, dessen Kennliniencharakteristik es gestattet, Relaxationsschwingungen zu erzeugen. Ein Gewärtiger Relaxationsoszillator enthält eine zwischen den Polen einer Speisespannungsquelle liegende vViüderstands-Kondensator-Serienschaltung,die mit -;inem Schaltglied verknüpft ist, dessen Kennlinie zwischen /e: Kennlinienpunkten einen fallenden Ver'^af aufv""*!. Es liegt also eine negative Widerstandsehar2L„ri":~,; vor. Dies ist beispielsweise bei einem L^!-""^!i.;-...iGntransistor gegeben. Es kann auch in besonc' \oneiihafter Weise eine Zusammenschaltung ei«« -urhtalen pnp- und eines npn-Transistors verwends- »·. -"den, in der jeweils der Kollektor des einen mit aer Basis des anderen Transistors direkt verbunden und in der die Basis des pnp-Transistors und der Kollektor des npn-T' ansistors mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände einer Widerstandsreihenschaltung verbunden sind, deren äußere Klemmen dann den beiden Basisklemmen des Unijunctionstransistors entsprechen. Eine derartige Schaltung mit zwei Transistoren ergibt eine dem Unijunctionstransistor äquivalente Kennlinie. Im Vergleich zu einem mit einem Unijunctionstransistor aufgebauten Relaxations-Oszillator kann jedoch ohne besonderen Aufwand in der Auswahl der zu verwendenden Bauelemente eine höhere Frequenzgenauigkeit und Konstanz erzielt werden.

Verwendet man erfindungsgemäß einen derartigen leicht synchronisierbaren Relaxations-Oszillator bei einem Koinzidenzfilter zur Verzögerung der vom Eingangssignal abgeleiteten Pulsfolge, die ja für die Wirkungsweise erforderlich ist, so werden gegenüber der Anwe-dung einer normalen Kippstufe die Schwankungen in der Verzögerungszeit und die damit verbundenen nachteiligen Auswirkungen wesentlich vermindert Auch können sich Störimpulse allenfalls nur noch geringfügig auswirken. ^₃

Die Verwendung eines Relaxations OsziÜE'ors bei einem Koinzideru-fiiter bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, rlaß die höheren Harm mischen der zu erkennenden Frequenz von der Koinzidenz unmittelbar ausgeschlossen werden. Es ist also nicht mehr erforderlich, zu diesem Zweck zusätzliche Baueinheiten, z. B. in Form eines vorgeschalteten klassischen Spulenfilters zu verwenden. Der erfindungsgemäß angewendete Relaxations-Oszillator läßt sich in äußerst einfacher Weise derart abgleichen, daß ausschließlich bei derjenigen Pulsfolge, die der zu erkennenden Frequenz Bezugszeichen versehenen Punkten des Blockschaltbildes auftretenden Spannungen ab Funktion der Zeit t dargestellt

Anhand der Diagramme nach der Fig.2 in Verbindung mit dem Blockschaltbild nach der F i g. 1 ist die Wirkungsweise des Koinzidenz-Filters folgende:

Es sei entsprechend der Zeile a der F i g. 2 am Punkt a ein sinusförmiges Eingangssignal vorgegeben. In der Impuisfonne.-stufe PFt ericigt die Umwandlung dieses Eingangssignals in eine synchron mit der Eingangsfrequen/ ablaufende Pulsfolge. Diese ist also an eine definierte Phasenlage des Eingangssignals gebunden und kann entsprechend dei Zeile b in einer Rechteckpulsfolge einer vorgegebenen Breite je Impuls bestehen. Diese Pulsfoige gelang: einmal unmittelbar, zum anderen um eine konstante Zeit To verzögert über eine weitere Pulsformerstufe PPI zu der Koinzidenzstufe K.

Erfindungsgemäß wird nun zur Verzögerung ein Relaxations-Oszillator verwendet Die Crundschaltung eines derartigen Relaxations-Oszillators ist m dem Block Os der Fig. 1 dargestell·. Das erforderliche Schaltglied, das eine negative WiHer-.tandscharakteristik aufweist besteht in der Zusammenschaltung eines pnp-Transistors 71 mit einem npn-Transistor 72. Die Basis des Transistors 72 ist unmittelbar n~.it dem Kollektor des Transistors 71 und dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 72 verbunden. Der Emitter des Traiisistors 72 ist unmittelbar an die eine Klemme (Erde) der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen, während der Emitter des Transistors Ti über eine Diode mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes R und des Kondensators C der zwischen den beiden Klemmen (+U Erde) der Versorgungsspannungsquelle liegender. ÄC-Serienschaitung verbunden ist Zwischen den beiden Klemmen der Versorgungsspannungsquelle liegt weiterhin die Serienschaltung zweier Widerstände Ri und R2, an deren Verbindungspunkt der Kollektor des Transistors 72 und die Basis des Transistors 71 angeschaltet sind. Die Zusammenschaltung des pnp- and npn-Transistors ergibt eine Kennlinie, die zwischen zwei ausgezeichneten Punkten, nämlich einem Hocker u-'d einem Talpunkt einen Bereich negativen Widerstandes aufweist Aufgrund dieser Charakteristik ist nun die Arbeitsweise des Oszillato "S folgende:

Über den Widerstand R *vird der Kondensator C aufgeladen, wobei die beider Transistoren Ti und 72 zunächst gesperrt sind, da cas Potential am Verbindungspunkt des Widerstandes R und des Kondensators C wesentlich niedriger ist als das Potential am Verbindungspunkt der beiden Widerstände RI und /22. Da der Aufladungsvorgang des Kondensators C durch einen bei gesperrten Transistoren 71 und 72 noch fließenden Transistorreststrom zusätzlich beeinflußt wird, ist es zweckmäßig, den Emitter des Transistors Ti aber die Diode D mit dem Verbindungspunkt von Widerstand R und Kondensator C zu verbinden, da

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Die zur Auslösung des Ausgangsimpulses erforderliche Spannungsschwelle, bei der das in ihm enthaltene aktive Schaltglied, z. B. in Form der beiden Transistoren, in den leitenden Zustand gesteuert wird, kann nur bei einem im vorgegebenen FrequenzintervaM liegenden Eingangssignal erreicht werden.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden noch näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Koinzidenz-Filters und in der

F i g. 2 sind die an den einzelnen mit den gleichen Einfluß auf die Oszillatorfrequenz herabgesetzt wird. Überschreitet die Spannung am Kondensator Cdie dem Höckerpunkt er*.sprechende Schwellenspannung der Transistorschaltung, so wird der pnp-Transistor 71 leitend und liefert seinerseits einen Basisstrom für den npn-Transistor 72, so daß dieser ebenfalls leitend wird und das Potential am Verbindungspunk» der beiden Widerstände Rl und R2 absenkt. In einem sprunghaft vor sich gehenden Mitkopplungsvorgang geiangen beide Transistoren in den Sättigungszustand. Der Kondensator C entlädt sich nun über die beiden

Transistoren, wodurch nach Unterschreiten der entsprechenden Schwellenspannung der Transistorschaltung die Transistoren wieder in den Sperrzustand gelangen. Mit dem Sperren der Transistoren würde der beschriebene Vorgang von neuem beginnen. S

Bei der Anwendung eines derartigen Relaxations-Oszillators bei einem Koinzidenz-Filter synchronisieren nun die am Punkt b entsprechend der Zeile b der F i g. 2 auftretenden und vom Eingangssignal abgeleiteten Impulse der Pulsfolge, deren Abstand Te sich mit der ELgungsfrequenz ändernden Oszillator,

Mit dem Auftreten eines Impulses der Impulsfolge beginnt also der Aufladungsvorgang des Kondensators C. Die am Kondensator C der Oszillatorschaltung auftretende Spannung ist in der Zeile c der F i g. 2 als Funktion der Zeit dargestellt Die Schwellenspannung, bei der die beiden Transistoren des Oszillators in den leitenden Zustand gesteuert werden, ist mit Uh bezeichnet Wird diese erreicht, so setzt die Entladung des Kondensators infolge Leitendwerdens der betreffenden Transistoren ein. Entsprechend der Zeile d der F i g. 2 gibt also der Oszillator um die konstante Zeit To versetzt jeweils einen Ausgangsimpuls ab. Dieser wird mit Hilfe der Pulsformerstufe PPI entsprechend der Zeile e auf eine vorgegebene Dauer verlängert, die der Dauer der unverzögerten Impulse gemäß Zeile b entsprechen kann. Mit Hilfe des Relaxations-Oszillators entsteht also eine gegenüber der ursprünglichen an Punkt b auftretenden Pulsfolge um eine konstante Zeit To verzögerte zweite Impulsfolge, die jeweils der Koinzidenzstufe K zugeführt werden. Am Ausgang dieser Koinzidenzstufe treten nur dann Impulse auf, wenn sich die Frequenz des Eingangssignals innerhalb eines bestimmten Frequenzintervalls, das durch die Verzögerungszeit To und die Breite 62 der verzögerten Pulsfolge bestimmt wird, befindet Auf diese Weise ist also eine Aussage über die Größe der Eingangsfrequenz möglich. Das am Ausgang der Koinzidenzstufe entsprechend der Zeile f auftretende Signal stellt nun gegebenenfalls nach Verlängerung der Impulse durch das Verlängerungsglied Vfür die Dauer der Koinzidenz die Steuerspannung für das nachfolgende Gatter G her. Durch dieses Gatter kann nun die Eingangsspannung zum Ausgang durchgeschaltet werden oder es kann die erkannte Frequenz gesperrt werden.

Durch die Anwendung des Relaxations-Oszillators zur Ableitung der verzögerten Pulsfolge ist im Gegensatz zum bekannten Aufbau das Koinzidenz-Filter nicht mehr für die ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz durchlässig. Im Falle des Auftretens einer höheren Harmonischen reicht nämlich die am Kondensator C des Relaxations-Oszillators auftretende Spannung nicht aus, um die Transistoren des Oszillators in den leitenden Zustand zu steuern. Es kann deshalb in einem solchen Fall auch kein Ausgangsimpuls des Oszillators entstehen. Der Kondensator wird nämlich so frühzeitig entladen, daß die für die Durchschaltung der Transistoren erforderliche Schwellspannung Uh nicht erreicht werden kann, so daß ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz die Koinzidenzbedingung nicht erfüllen können. Dies ist für eine Harmonische durch strichpunktiert gezeichnete Kurven in den Zeilen a bis c der F i g. 2 angedeutet Durch die Verwendung des Relaxations-Oszillators weiden auch die durch Schwankungen der Verzögerungszeit bedingten Unsicherheitsbereiche, in denen die Anordnung nicht eindeutig arbeitet, stark eingeschränkt, da der Rslaxations-Oszillator Ober einen weiten Temperaturbereich sehr frequenzkonstant aufgebaut werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Koinzidenz-Filter mit einer Pulsfonnerstufe, in der von der Eingangsspannung eine dazu synchrone Pulsfolge abgeleitet wird, die unmittelbar an den einen Eingang und um eine konstante Zeit verzögerbar über eine weitere Pulsformerstufe an den anderen Eingang einer, das Kriterium fur die auszuwählende Frequenz liefernde Koinzidenzstufe geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung der abgeleiteten Pulsfolge vermittels eines durch die Impulse einer mit der zu erkennenden Frequenz übereinstimmenden oder innerhalb eines auf diese Frequenz bezogenen i_; Toleranzbereich liegenden Pulsfolge synchronisierbaren Relaxations-Oszillators (Os) erfolgt, wobei der Toleranzbereich durch die Impulsbreite (tfl) des durch die weitere Pulsformerstufe (PF2) bestimmten Impulse vorgebbar ist