DE2132564B2

DE2132564B2 - Schaltungsanordnung zur pegelueberwachung

Info

Publication number: DE2132564B2
Application number: DE19712132564
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing 8000 München Freytag
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1977-09-01
Also published as: CH539367A; AT325684B; DE2132564C3; IT956796B; DE2132564A1; BE785706A; ATA460072A

Description

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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Empfangspegels in einer tonfrequente Signale empfangenden Einrichtung, vorzugsweise zur Anwendung in Dateniibertragungssystemen oder als Rufempfänger zum Aufbau einer Fernschreib- oder Fernsprechverbindung, mit einer auf die jeweils zu empfangende Frequenz abgestimmten Frequenzdiskriminatorschaltung, an deren Ausgang bei ausreichendem Empfangspegel das der zu übertragenden Information entsprechende binäre Signal entsteht.

Bei der Datenübertragung besitzen die Empfangsschaltungen eine Einrichtung zur Pegelüberwachung, die beim Absinken des Empfangspegels unter einen bestimmten Wert anspricht. Eine derartige Pegelüber- (S₀ wachiingsschaltung wird meist aus einem Begrenzerverstärker gespeist, der das empfangene IJberiragungssignal in der Amplitude begrenzt. 15ei den bisher bekannten F.inpfangsschaltungen wurde die· aus dem Begrenzerverstärker abgenommene Spannung gleiehgei ichtct. 6s gesiebt und einem Relaiskreis zugeführt. Die am Ausgang des Verstärkers auftretende Gleichspannung ist in dem Bereich, in dem die Pegelüberwachung arbeitet, weitgehend dem Empfangspegel proportional. Da jedoch die Anzug- und Abfallempiindlichkeit des vom Gleichstrom gesteuerten Relais um einen Faktor 4, dies entspricht einem Pegelwert von 1,4Np, unterschiedlich ist, entsteht ein großer Unsicherheitsbertich in der Pegelüberwachung.

Bei der bekannten Anordnung wurde ein spezielles Relais verwendet, das in der Anzug- und Abfallempfindlichkeit nur einen Unterschied um den Faktor 2 (0,7 Np) aufweist.

Es ist auch eine Pegelüberwachung bereits bekannt, die nur aus elektronischen Bauelementen aufgebaut ist. Dabei wird das verstärkte und begrenzte Empfangssignal gleichgerichtet und in einem Vergleicher mit einem Spannungsschwellwert verglichen, der dem geforderten Mindestpegel entspricht. Das Ergebnis des Vergleichs, nämlich das Überschreiten oder Unterschreiten des Schwellwertes durch die Gleichspannung, wird in einer bistabilen Kippschaltung gespeichert, die beim Überschreiten des Schwellwertes die Ausgabe der Daten sperrt. Der Pegelausfall kann zusätzlich akustisch über eine Alarmeinrichtung oder optisch über eine Signallampe angezeigt werden.

Es ist weiterhin in der schwedischen Auslegeschrift 3 69 655 eine Schaltungsanordnung eines digitalen Frequenzdiskriminators mit einer Pegelüberwachungsschaltung beschrieben. Bei dieser Schaltungsanordnung wird das in der Frequenz modulierte Wechselspannungssignal in einer Begrenzerschaltung begrenzt und einem nachgeschalteten Frequenzdiskriminator mit einer Ausgangsschaltung zugeführt. Die Pegelüberwachungsschaltung wird durch einen /weiten Weg von der Begrenzerschaltung gespeist. Am Ausgang der Pegelüberwachungsschaltung entsteht bei ausreichendem Pegel ein Gleichspannungswert, der die A usgabe der Daten über die Ausgangsschaltung freigibt. Unterschreitet das begrenzte Signal den Schwellwert der Pegelschaltung, so wird durch die Pegelschaltung ein zweiter Spannungswert abgegeben, der die Ausgangsschaltung sperrt, und damit die Abgabe von fehlerhaften Datenzeichen verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders einfache Schaltung aufzuzeigen, die den empfangsseitig erforderlichen Begrenzerverstärker und die Pegelüberwachungsschaltung ersetzt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das tonfrequente Empfangssignal dem Eingang einer eine gleich große positive und negative Ansprechschwelle aufweisenden ersten Schmitt-Trigger-Schaltung zugeführt ist und daß der Ausgang der Schmitt-Trigger-Schaltung mit dem Eingang einer aus dem rechteckförmigen Wechselspannungssignal eine Gleichspannung bildenden Frequenzdiskriminatorschaltung verbunden ist.

Die eirfindungsgemäße Schaltung erlaubt es, daß der bisher empfangsseitig benutzte Begrenzerverstärker, die Pegelüberwachungsiichaltung und die Steuerung der Abtast- und Ausgangsschaltung durch Pegelüberwachungsschaltung wird eine Schmitt-Trigger-Schaltung in den Empfänger vordem Diskriminator eingeschaltet. Am Ausgang des Empfängers werden nur beim Überschreiten der Ansprechschwellen der Schmitt-Trigger-Schaltung, die auf den gewünschten Mindestpegel eingestellt sind, Daten ausgegeben. Die Schaltung ist besonders einfach und durch die Möglichkeit eines Aufbaues in integrierl.er Schaltungstechnik mit im Handel erhältlichen Bausteinen klein im Volumen und günstig in den Kosten. Durch die Verwendung von Differenzverstärker!! bzw. Operationsverstärkern ist

die Schaltung besonders unempfindlich gegenüber Temperatur- und Speisespannungsschwankungen. Sie ermöglicht eine exakte Begrenzung und eine einfache und genaue Einstellung der Schwellwerte. Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Schaltung in einem selektiven Rufempfänger verwenden. Der Rufempfänger soll ein Rufsignal, das einer bestimmten Frequenz, nämlich der Ruffrequenz, entspricht, als solches erkennen, wtnn der Empfangspegel über einem bestimmten Wert liegt. Ist der Empfangspegel zu klein, so soll kein Ruf auf der Empfangsseite signalisiert werden. Der Rufempfänger tnthält eine erste Schmitt-Trigger-Stufe mit einem positiven und einem negativen Schwellwert, die den gleichen Spannungswert besitzen. Die rechteckförmige Ausgangsspannung wird einem Schwingkreis zugeführt, der auf die Ruffrequenz abgestimmt ist. Die Ausgangswechselspannung des Schwingkreises wird gleichgerichtet und einer zweiten Schmitt-Trigger-Stufe zugeführt, deren Ansprechschwelle einen größeren Spannungswert aufweist als die Abfallschwelle. Wenn die Amplitude des Empfangssignals kleiner als die Ansprechschwelle der ersten Schmitt-Trigger-Stufe ist, erhält der Schwingkreis keine Wechselspannung und am Ausgang entsteht die der Ruffrequenz zugeordnete Spannung nicht. Ein derartiger Rufempfänger ist besonders vorteilhaft anwendbar beim Aufbau einer Fernschreibverbindung vom Teilnehmer zu einem Konzentrator, der eine große Anzahl von ankommenden und eine geringe Anzahl von abgehenden Leitungen besitzt. Jede ankommende Leitung ist im Konzentrator einem Rufempfänger zugeordnet, der beim Empfang der Ruffrequenz, die vom Teilnehmer beim Verbindungsaufbau ausgesendet wird, der Teilnehmerleitung eine abgehende Leitung im Konzentrator zuordnet.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Blockschaltbildern und einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel erläutert.

F i g. 1 zeigt eine im Prinzip bekannte Empfangsschaltung mit einer Pegelüberwachungseinrichtung;

F i g. 2 zeigt im Prinzip eine Empfangsschaltung unter Anwendung der erfindungsgemäßen Pegelüberwachungsschaltung;

F i g. 3 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausfüiirungsbeispiel eines selektiven Rufempfängers;

Fig.4 zeigt in einem Zeitdiagramm die Diskriminatorkennlinie und die Wirkungsweise der nachgeschalteten Schmitt-Trigger-Stufe.

In Fig. 1 liegt am Eingang E\ das in der Frequenz umgetastete empfangene Wechselspannungssignal an, das im Begrenzerverstärker ßVverstärkt und begrenzt wird, so daß ein rechteckförmiges Ausgangssignal entsteht, das im nachgeschalteten Frequenzdiskriminator DK in Gleichspannungssignale umgewandelt wird. Das binäre Gleichspannungssignal wird in der Abtaststufe AS entzerrt und regeneriert, so daß am Ausgang Λ 1 die binären Daten mit der erforderlichen Spannung und steilen Flanken zur Weitergabe an ein Aufzeichnungsgerät bereitstehen. Am Ausgang A 1 entstehen jedoch die binären Daten nur dann, wenn am /weiten Eingang des Gatters G 1 ein Dauersignal anliegt. Das Eingangssignal liegt noch an einer Pegelüberwachungsschal'ung PÜ, die den relativ kleinen Empfangspegel verstärkt und in einer nachfolgenden Stufe durch Gleichrichtung aus der frequenzmodulierten Wechsel spannung eine Gleichspannung wird mit einer Vergleichsspannung die dem erforderlichen Empfangspegel entsnricht, verglichen und dar Ergebnis in einer bistabilen Kippschaltung gespeichert. Der Ausgang der Kippschaltung, der bei ausreichendem Empfangspegel ein Dauersignal abgibt, ist an den Eingang des Gatters G1 angeschaltet. Nur wenn dieser Ausgang der Kippschaltung eine Spannung liefert, werden die binären Daten der Abtastschahung zugeführt. Beim Unterschreiten des Empfangspegels fehlt am Gattereingang von der Pegelüberwachungsschaltung PÜ her die Spannung, so daß die Abtastschaltung AS ein bestimmtes Dauersignal abgibt.

Fig.2 zeigt die erfindungsgemäße Pegelüberwachung anhand einer Empfangsschaltung. Das empfangene in der Frequenz umgetastete Signal gelangt vom Eingang El an eine erste Schmitt-Trigger-Schaltung TR, die eine positive und negative Ansprechschwelle mit dem gleichen Spannungswert aufweist. Die Schwellwerte werden so eingestellt, daß sie dem geforderten Empfangspegel entspechen. Beim Überschreiten des Empfangspegels spricht die Schmitt-Trigger-Schaltung bei jeder positiven und negativen Halbwelle der tonfrequenten Empfangsspannung an, so daß eine rechteckförmige Ausgangsspannung entsteht, die die gleiche Frequenz wie das trägerfrequente Empfangssignal aufweist. Die rechteckförmige Ausgangsspannung liegt an einem Frequenzdiskriminator DK an, der ein Gleichspannungssignal liefert. In der nachfolgenden Abtastschaltung AS wird ein binäres Ausgangssignal mit der entsprechenden Spannung und steilen Flanken gebildet. Am Ausgang A 1 entstehen nur dann binäre Daten, wenn das empfangene trägerfrequente Signal die Ansprechschwelle der Schmitt-Trigger-Schaltung überschreitet. Werden die beiden Schwellen unterschritten, so bleib; die Schmitt-Trigger-Schaltung in einer der beiden Lagen liegen und am Ausgang A 1 werden keine binären Datenzeichen ausgegeben.

F i g. 3 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines selektiven Rufempfängers. Beim Aufbau einer Verbindung für die Datenübertragung wird von der rufenden Station dem Rufempfänger, der in einem Vermittlungsamt, in einer Konzentratorstation oder beim anderen Teilnehmer angeordnet ist, ein Rufsignal übermittelt, das der Rufempfänger auswertet und sin Ausgangssignal bildet, das den Verbindungsaufbau veranlaßt. Wesentlich für den Rufempfänger ist die Tatsache, daß er nur auf die Ruffrequenz anspricht, nicht aber auf Sprachsignale und Störgeräusche, welche in der gerufenen Station durch Störungen von der Leitung oder beim Empfänger auftreten. Der Rufempfänger muß daher mit guter Sicherheit die ankommenden Rufzeichen von Störspannungen unterscheiden können. Als Rufsignal wird eine bestimmte Frequenz ausgesendet. Bei einem Telegraf'ieübertragungssystem kann beispielsweise die dem Trennstromzustand oder dem Zeichenstromzustand entsprechende Frequenz ausgesendet werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermögicht es, daß ein Empfangssignal, das die Ruffrequenz aufweist, dann kein Ausgangssignal ergibt, wenn der Pegel des Empfangssignals die AnsprechschwJle der Schmitt-Trigger-Schaltung nicht überschreitet.

In F i g. 3 gelangt das trägerfrequente Empfangssignal über den Eingang E auf den Übertrager i/1, der eine galvanische Trennung bewirkt und auf der Leitung auftretende Störgleichspannungen abtrennt. Die Sekundärwicklung des Übertragers ist in der Mitte geerdet und liefert zwei gegenphasige Wechselspannungen, die an den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers, der aus den Transistoren T \,T2 und den Widerständen

Ri, R 2, R3, R 4, R5 und «6 gebildet wird, anliegen. Die verstärkten gegenphasigen Wechselspannungen werden an den Kollektorelektroden der Transistoren Tl und 72 abgenommen und über die Kondensatoren Cl und Cl der ersten Schmitt-Trigger-Schaltung zugeführt. Die erste Schmitt-Trigger-Schaltung ist ein gleichspannungsdriftarmer Differenzverstärker, der eine Mitkopplung aufweist. Der Differenzverstärker besteht aus den Transistoren 73 und 74, sowie dem Transistor 75 zur Auskopplung und Bildung der richtigen Phasenlage für die Mitkopplungsspannung. Der Differenzverstärker weist noch die Widerstände R 7, R 8, R 9, R10 und R 12 auf. Die Diode D1 dient zur Kompensation des Temperaturganges der Basis-Emitter-Diode des Transistors 75. Die Mitkopplungsspan- ,₅ nung entsteht durch Spannungsteilung mit Hilfe der Widerstände All und R 8. Die Transistoren des Differenzverstärkers begrenzen bereits bei einer kleinen Spannung im oberen und unteren Bereich der Kennlinie. Damit entsteht bereits bei kleiner Eingangssperrung am Ausgangswiderstand R 12 eine rechteckförmige Spannung, wenn die eingestellten Schwellwerte überschritten werden. Die Schwellwerte werden durch die Größe der Mitkopplungs-Spannung bestimmt. Beim Unterschreiten der Schwellwerte bleibt der Schmitt- _2<i Trigger in einer der beiden Begrenzerlagen liegen, so daß lediglich eine Gleichspannung am Ausgang entsteht. Die rechteckförmige Ausgangsspannung mit der Frequenz des Empfangssignals wird über den Widerstand R 13 induktiv an den Schwingkreis mit der _Jo Induktivität L1 und dem Kondensator C3 eingekoppelt. Der Schwingkreis ist selektiv auf die Ruffrequenz abgestimmt. Beim Empfang der Ruffrequenz entsteht am Parallelschwingkreis, dem der Widerstand R14 parallel geschaltet ist. eine Wechselspannung, die über ,₅ den Transistor 76, der als Emitterfolger geschaltet ist und dadurch ein hochohmige Auskopplung vom Schwingkreis ermöglicht, ausgekoppelt wird. Die am Emitterwiderstand R 15 des Transistors T6 entstehende Wechselspannung wird mit der Diode D 3 gleichgerichtet, und mit dem Netzwerk R16 und C 4 wird die Gleichspannung gesiebt und geglättet. Die Gleichspannung am Kondensator C4 wird einer zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung zugeführt, die aus einem Differenzverstärker 77, 78 und dem Transistor 79 für _4<j die Mitkopplung und die richtige Phasenlage der Mitkopplungsspannung besteht. Der Differenzverstärker weist noch die Widerstände R 17, R 18, R 19, /?20, /?21 und Λ 22 auf. Die Diode D 4 kompensiert den Temperaturgang der Basis-Emitter-Diode des Transistors 79. Die Ansprechschwelle der Schmitt-Trigger-Schaltung wird mit dem Spannungsteiler R 21, R 22 fest eingestellt. Mit dem Spannungsteiler R 17, R 18 wird die Größe der Mitkopplungsspannung eingestellt. Die Ansprechschwelle besitzt einen höheren Spannungswert als die Abfallschwelle. Die Wirkungsweise der beiden unterschiedlichen Schwellen ist in Fig. 4 dargestellt. Beim Empfang der Ruffrequenz mit ausreichendem Empfangspegel wird die über den Widerstand R 23 anliegende Betriebsspannung von + 5 V vom Rufempfänger an den Ausgang A durchgeschaltet. Die Ausgangsspannung bewirkt, daß beispielsweise eine Verbindung für die Datenübertragung aufgebaut wird.

Das Zeitdiagramm in F i g. 4 zeigt die Diskriminatorkennlinie und die Ausgangsspannung der zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung. Die obere Kurve zeigt den Zusammenhang zwischen der Frequenz f und der gleichgerichteten Schwingkreisspannung U des Parallelschwingkreises L 1, C3. Die untere Kurve zeigt die Ansprechzeitpunkte der Schmitt-Trigger-Schaltung in Abhängigkeit von der Frequenz. Der Schwingkreis ist auf die Ruf frequenz fr abgestimmt. Die A nsprchsch welle der zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung liegt beim Spannungswert U1, der beim Empfang eine Empfangsspannung mit der Frequenz f\ oder /"3 auftritt. Beim Überschreiten des Spannungswertes U1 spricht die Schmitt-Trigger-Schaltung an, und es entsteht am Ausgang die Signalspannung Ua 1. Würde nun beim Überschreiten des Spannungswertes U i die Spannung Ua 1 wieder abgeschaltet, so könnte der Fall eintreten, daß bei einer schwankenden Frequenz um den Wert Π oder ^3 kurzzeitig hintereinander die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers zwischen den Werten Ua 1 und Ua 2 umgeschaltet würde. Am Ausgang entsteht keine exakte Zuordnung, so daß ein gewisser Unsicherheitsbereich entsteht. Damit dies vermieden wird, und nur eine steile Flanke des Ausgangssignals auftritt, spricht die Schmitt-Trigger-Schallung beim Abfall erst auf einen kleineren Spannungswert U 2 an. Die Frequenz des Empfangssignals kann sich von f 1 nach (2 bzw. von f3 nach /'4 ändern. Erst beim Unterschreiten der Frequenz (2 bzw. beim Überschreiten der Frequenz /"4 wird der Spannungswert U 2 unterschritten und die Schmitt-Trigger-Schaltung kippt in die andere Lage, bei der am Ausgang die Spannung Ua 2 auftritt. Das Ausgangssignal Ua 1 löst einen Verbindungsaufbau aus, während die Ausgangsspannung Ua 2 einen Verbindungsaufbau unterbindet. Die Schmitt-Trigger-Schaltung spricht also im Frequenzbereich f\ bis f3 an während sie außerhalb des Frequenzbereiches f2 bis (A in die Ausgangslage zurückkippt. Die Pfeile itr Ausgangsppnnungsvcrlauf Ui\ der Schmitt-Trigger Schaltung zeigen beim Auftreten der entsprechender Frequenz die Richtung, in die die Schmitt-Trigger Schaltung kippt. Der Bereich Af entspricht cinci Hysteresewirkung des Schmitt-Triggers in der Fre quenz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Schaltungsanordnung zur Überwachung des Empfangspegels in einer tonfrequente Signale empfangenden Einrichtung, vorzugsweise zur Anwendung in Datenübertragungssystemen oder als Pufempfänger zum Aufbau einer Fernschreib- oder Fernsprechverbindung, mit einer auf die jeweils zu empfangende Frequenz abgestimmten Frequenzdiskriminatorschaltung, an deren Ausgang bei ausreichendem Empfangspegel das der zu übertragenden Information entsprechende binäre Signal entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß das tonfrequente Empfangssignal dem Eingang einer eine gleich große positive und negative Ansprechschwelle aufweisenden ersten Schmitt-Trigger-Schaltung (TR) zugeführt ist und daß der Ausgang der Schmitt-Trigger-Schaltung mit dem Eingang einer aus dem rechteckförmigen Wechselspannungssignal eine Gleichspannung bildenden Frequenzdiskriminatorschaltung (DK) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene trägerfrequente Signal an einer ersten Schmitt-Trigger-Schaltung (73, 74, 75) anliegt, die eine positive und eine negative Schwelle gleicher Größe aufweist, daß die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers an einem an sich bekannten Frequenzdiskriminator (L 1, C3, 76) anliegt, der aus dein rechteckförmigen Wechsel-Spannungssignal eine Gleichspannung bildet, die an einer zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung (77, 78, 79) anliegt und daß die Ansprechschwelle der zweiten Schmitt-Trigger-Schaltung einen höheren Spannungswert aufweist als die Abfallschwelle.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmitt-Trigger-Schaltung ein Differenzverstärker (73, 74 bzw. 77, 78) angeordnet ist, dessen Ausgangsspannung über einen weiteren Transistor (75 bzw. 79) als Mitkopplungsspannung dem Eingang des Differenzverstärkers zugeführt wird.