DE2134956C3

DE2134956C3 - Diskriminatoranordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datenübertragungseinrichtung mit Frequenzmodulation

Info

Publication number: DE2134956C3
Application number: DE2134956A
Authority: DE
Inventors: Frank-Torsten 7250 Leonberg Knabe
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1971-07-13
Filing date: 1971-07-13
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DE2134956B2; IT962497B; US3794757A; ES404811A1; AU470715B2; FR2145661B1; FR2145661A1; DE2134956A1; AU4404472A; CH551107A; BE786046A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diskriminatoranordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datcnübertragungsemrichtung mit Frequenzmodulation, bei der aus den an ihrem Eingang anliegenden durch ein pulsformiges ModuJationlsignal in der Frequenz modulierten SinusweHen ableitet mit gleicher oder verdoppelter Folgefre-Muenzein monostabil«:. Multivibrator angestoßen und aus seinen Ausgangsimpulsen durch Integration das Modulationssignai wiedergewonnen wird.

O-is einem solchen Diskriminator zugrunde hegende Prinzip ist bereits vor Jahrzehnten zur Frequenzmessung eingesetzt worden, indem aus den Sinuswellen der zu bestimmenden Frequenz eine Pulsfolgc üleichcr Folgefrequenz abgeleitet xvurde deren ciiwhK Impulse unabhängig von der l^lgefuuuenz den gleichen Energieinhalt, also gleiche Hohe und Uunc aufweisen. Durch Integration dieser Puls folee wird dann cm (Jleichspannungswert gewonnen, der analog der zu messenden Frequenz ist. Aus dem Buch von W. R. Bennet: ,Data Transmission. Neu York I VhS. Seite 171 insbes. F . g. ¹J- 2 ist cm solcher Diskriminator bekannt, bei dem aus den Sinuswellen der zu bestimmenden Fiequenz eine Pulsfolge dop peiler Folgefrcquen/ abgeleitet wird.

Fs sind auch ein. Reihe von nach diesem Prinzip arbeitenden Diskriminator zur Demodulation ire quenzmodulierter Signale bekannt, wobei immer Vorbedingung für eine einwandfreie Funktion ist, daß die Frequenz der frequenzmodulierten Trägerwelle sehr groß ist gegenüber der höchsten Modulationsfre uuenz da sonst durch die Zeitkonstante des Integratonskrcises eine Beeinträchtigung der Kurvenform des Modulationssignals erfolgt, da zwar die Spannung am Integralionskreis linear den Frequenzänderungen des Trägers folgen soll, aber ein Übergang des Ausgangspcgels des Integrationskreises von einem Werte fur einen Frequenzwert zu einem anderen für einen anderen Frcqucnz.wert ebenfalls so schnell sich einstellen soll, daß hierdurch die Kurvenform des Modulationss^nals nicht unzulässig beeinträchtigt wird. Hinzu kommt noch, daß im Ausgangssignal die Träqeranteilc hinreichend unterdrückt sein sollen, was wiederum eine hinreichende Siebwirkung des als Tiefpaß wirkenden Integrationskreises für den !rager, also eine hinreichende hohe Zeitkonstante in bezug au» den Irag'-r bedingt.

Im Falle einer I ibertragung von Daten- oder TeIegraphicsignalcn im Sprachfrequenzband ist, insbesondere bei höheren Signalubertragungsgeschwindigkei teil, der Abstand zwischen Trägerfrequenz und Modulationsfrequenz verhältnismäßig gering, besonders wenn dei Träger im unteren Sprachband bis zu K)(K) Hz. liegt, so daß sich die vorgenannten Forderunuen. wenn überhaupt, nur sehr schwer '.-!-füllen lassen. Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, eine Diskrimiiuitoranordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datenubcrtragungseinrichtung anzugeben, bei der die geschilderten Schwierigkeiten nich'. auftreten und die dabei auch

4» in beiden Übertragungskanakn die gleiche Empfindlichkeit aufweist. Die Losung dieser Aufgabe kfdafoei dem Anspruch 1 zu entnehmen, wobei die fta^isprüehe auf vorteilhafte Ausgestaltungen ei-

r wichen Diskriminatoranordrwng hinweisen.

* AtIs der deutschen Offenlegungsschrift 1903610

• -in Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur nemodulation frequenzmodulierter digitaler signale bekannt <k-nen ebenfalls die Aufgabe zugrunde hegt,

ine Diskrimination selbst dann noch zu ermöglichen, teon Träger- und Modulationssignal frequenzmäßig !erhältnisinäBig eng benachbart liegen. Die deutsche Offcnle&ungsschrift I 903610 sieht die einzige Möglichkeit bei der Demodulation Träger- und ModulalionssiEnal frequenzmäßig zu trennen im Einsat/ der ble- beschriebenen rein digitalen Methode, die auf einer Messung des Abstands der Nulldurchgänge des Sc Modulationssignale ausschreibenden Trägers basiert Die vorliegende Anmeldung umgeht diese auch hier vorhandenen prinzipiellen Schwierigkeiten da durch daß sie in dem Bereich, in dem Träger- und Modulatioiislrequenz angenähert gleich werden kön r, also im unleren Frequenzbeieich eine Verdoppi der Trägerfrequenz vor der Demodulation vor-' t und kann hierdurch eine im wesentlichen uc Demodulation durchführen. Auch hier wird und Übertragern vermieden.

Ausgangssignale des monostabilen Multivibrators 42 /u einem der jeweiligen Frequenz der frequenzmodulierten Sinuswelle analogen Gleichstromwert umformen. In seinem Ausgangssignal sollen also die einzelnen Impulse der integrierten Impulsfolge weitgehend unterdruckt sein. Andererseits sollen aber die die Naehrieht beinhaltenden Impulsfolgen des Modulaüonssignals durch die Zeitkonstantc des Integrationsgliedes 5 möglichst nicht beeinträchtigt werden. Diese Forderung ist nun sehr schwer zu erfüllen, wenn der Nachrichteninhalt des Modulationssignals verhältnismäßig hoch ist und dabei das hiermit in der Frequenz modulierte Signal in der Frequenz verhalt nismäßig niedrig, z.B. im Sprachband hegt »5 Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb der Oedanke zugrunde, für den in der unteren Sprachbandhälfte liegenden Übertragungskanal zur Demodulation den Frequenzabstand zwischen frequenzmoduliertem Signal and Modulationssignal durch eine Frequenzvervielfachung zu ν erg. ölkrn. wahrend de. in der oberen Hälfte Hegende Uhcrlragungskanal nicht beeintluüt wild, wobei z. B. eine Frequen/verdopplung in an skh bekannter Weise dadurch erziel« wild, daß der monostabile Muluubiator 42 rncht nu. durd, jede volle S.nusschw.ngung des zu demoduhe-

renden Signals, sondern durch ^f »^¹^¹^ Sinusschwingungen e-nmal angestoßen wird, so daß

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rnchaltung. bestehend aus einem monostahilen quenz auHn«

mrnc

(icdanken

geführt, die aus einem monostabil™ Multivibrator und eine. Steuerschaltung 41 zum Ans euern des Multivibratorsbesteht.DieAusgangsimpusedesmo-

nostabilen Multivibrators 42, die eine mit der Frequen/ der Sinusschwingungen des empfangenen pulsförmig frequenzmodulierten S.gnals ubere.nstimincndc Folgefrequenz aber unabhängig davon konstante Breite und Amplitude aufweisen werden dann in einem Integrationsglied 5 zu einem der emp angcnen Frequenz proportionalen Gleichstromwert integriert und dieser in einem Pcgeldelektor 6 ausgewcr-Tel. so daß an seinem Ausgang 7 die demodul.erte pulsförmige Naehrieht ansteht Soweit oben beschneben, ist diese Anordnung dem Stand der Techmk zu-

Sgrationsgüed 5 muß nun die pu.sförmigen

₅₅ I scm und d, eine

^fa

65 .. hohen Frequenzen auf eine verzichtet werden, da in diei den Trägerfrequenzen genügend groß ist, um ' ung und hin-

is Integrations-

i. Das Modem AfI be-Tl für die

W.. 5(K) und 700 Hz und einer für die Frequenzen 2250 und ^■ne Gabelschaltung Wl mit der ■ν.·· sind. An Stelle des Bandpaßfilters 2 der Fig. 1 ist ein Hochpaßfilter in der Empfangseinrichtung verwendet und die Inverterstufe und das zweite Differentiationsglied 413 ist entfallen,

da eine Frequenzverdoppelung infolge der hohen Übertragungsfrequenzen nicht notwendig ist. Das andere Modem besteht aus einer Sendccinrichtung Tl für die Frequenzen 2250 und 3150 Hz und einer Empfangseihrichtung für die Frequenzen 500 und 700 Hz, die über eine Gabelschaltung Hl an die Übertragungsrichtung angeschlossen sind. Die Empfangseinrichtung entspricht dabei der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß an Stelle eines Bandpasses 2 ein Tiefpaß eingesetzt wurde.

Der Ersatz des Bandpasses durch einen Tief- bzw. Hochpaß ist in diesem Fall möglich, da für die zweiseitiggerichtete Übertragung das ganze Sprachband verwendet wird. Die Einzelheiten der Schaltung, soweit sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, sind dabei Fig. 3a entnehmbar. Da das Verhältnis zwischen den Frequenzen der in der Frequenz niederen Übertragungsrichtung und der höheren etwa 1 :4 beträgt, die relativen Frequenzhübe beider Richtungen aber gleich sind, erhält man etwa gleiche Pegelhübe der Gleichstromzeichen am Diskriminatorausgang, wenn die Pulslänge am Ausgang des monostabilen Multivibrators für die frequenzniedere Übertragungsrichtung doppelt so lang gewählt wird wie die an dem Ausgang des monostabilen Multivibrators für die frcquenzhöherc Übertragungsrichtung, was durch Verdoppeln des aus Cl und R9 bestehenden Zcitglicdes leicht zu ermöglichen ist.

In Fi g. 3 a ist nun ein Beispiel für die PulsformcrschaUung 4, bestehend aus einem monostabilen Multivibrator 42 und seiner Steuerschaltung 41 als Stromlauf dargestellt. In dem Stromlauf besteht der Verstärker 3 aus einem integrierten Operationsverstärker. Sein Ausgangssignal wird nun einmal am Eingang eines ersten Differentiationsgliedes, bestehend aus dem Kondensator Π und einem Widerstand Rl. und ferner einer Inverterstufe mit dem Transistor Trsl, den Widerständen R3 und R4 und der Diode Dl zugeführt, deren Ausgang mit dem Eingang des zweiten Differentiationsgliedes, bestehend aus dem Kondensator Cl und dem Widerstand Rl. verbunden ist. Die Ausgänge der beiden Diffcrentiationsglieder sind über Entkoppeldioden Di und Dl mit dem Eingang des nachfolgenden monostabilen Multivibrators verbunden.

An diesen monostabilen Multivibrator müssen eine Reihe von Anforderungen gestellt werden, da sein Aasgang Rechteckimpulsc mit bei allen Betriebsbedingungen gleichbleibender Breite und Höhe angeben soll. Temperatur- und Versorgungsspannungsschwankurtgen sollen also das Ausgangssignal praktisch nicht beeinflussen. Dies hat eine Reihe von Abänderungen des herkömmlichen Schaltungsaufbaus eines monostabilen Multivibrators zur Folgt.

Die Ausgangssignale der beiden Differentiations glieder gelangen ober die Dioden Dl bzw. Dl auf die Basis des Transistors Trsl. die außerdem über den Widersand Rl mit dem Kollektor des Transistors Trsi verbunden ist, der wiederum über Widerstände Rb und RS am positiven Pol + V, der Versorgungsspan nung liegt. Der Emitter des Transistors Trsl ist dabei an den auf Massenpotential liegenden Mittclabgriff β der Versorgungsspannung angeschlossen, während sein Kollektor über einen Kondensator C3 an der Basis des Transistors 7Vs3 und über einen Widerstand R8 am positiven Pol + IZ₁ der Versorgungsspannung und ferner über eine Diode D4 an dem Abgriff eines zwischen positivem Pol + U_s und Mittelabgriff 0 der Versorgungsspannung liegenden Spannungsteilers liegt, bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstandes RIO mit einer Zenerdiode D6. An dem gleichen Abgriff dieses Spannungsteilers (RIO, Dft)

*° liegt die Basis des Transistors 7>.v3 über einen Widerstand R9.

Der Emitter des Transistors 7>.v3 liegt dabei am Abgriff eines zwischen dem Mittelabgriff 0 und dem negativen Pol — LZ₁ der Versorgungsspannung ange-

*5 ordneten Spannungsteilers, bestehend aus einer Diode D5 und einem Widerstand RIl. Das Ausgangssignal dieses monostabilen Multivibrators wird dabei am Verbindungspunkt der beiden Kollektorwiderständc RS und Rt des Transistors 7>.v3 entnommen. Eine Schaltungsvariante besteht darin, daü der Emitter des Transistors Tr\3 ebenfalls direkt am Mittelabgriff 0 der Ycrsorgungsspannung angeschlossen ist, dafür aber eine weitere Diode DS' in Durchflußrichtung /wischen dem Kollektor des Transistors Trsl

»5 und dem Verbindungspunkt von Widerstand R8, Kondensator Γ3 und Diode D4 eingefügt ist. In F ι g. 3 b ist nun diese Variante des monostabilen Multivibrators dargestellt, deren noch ausführlichere Beschreibung sich wohl nach den vorhergehenden

Ausführungen erübrigt.

Durch die Zenerdiode Db wird in Verbindung mit der Diode D4 erreicht. daß das Kollektorpotential des Transistors Trsl auf den Wert {/,„, + l/„< begrenzt wird (gesperrter Transistor Trsl). und damit ist auch die Ladespannung von Cl festgelegt. Durch die beiden anderen alternativen Maßnahmen Anbinden des Emitters des Transistors Ττλ3 an das Potential - i/„, bzw. Einschalten der Diode DS' in Durchflußrichtung an den Kollektor des Transistors Trsl - wird der Einfluß von Temperaturanderungen auf die Basis Emitter-Sättigungsspannung des Transistors Trs3 kompensiert.

Wählt man nun noch Kondensator Ci und Widerstand R9. also die die Zeitkonstante des monostabilen

♦5 Multivibrators bestimmenden Elemente, so, daß dieses Zeitglied keinen bzw. einen völlig vernachlässigbaren Temperaturgang aufweist, so genügt diese Schaltungsausbildung allen Anforderungen an Temperaturkonstanz und Unabhängigkeit von Versor-

gungsschwankungen. Hierzu wird zweckmäßigerweise Cl als Glimmerkondensator und J?9 als Metallschichtwiderstand realisiert.

Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators wird nach Verstärkung und Impedanzwandlung

in einem aus den Transistoren Tm4 und TnS bestehenden Verstärker einem Integrationsglied S zugeführt. Dieses ist in dem Beispiel nach Fig. 3a als R C-Tiefpa8 ausgeführt, wobei die frequenzabhängige Rückkopplung vom Emitter des nachgeschalteten

Transistors Trab eine Versteilerung bewirkt. Diesem Integrationsglied folgt ein PegeWctektor 6, für den bekannte SchwcllwertschaHungcn. wie z. B. Schmitt-Trigger, verwende! werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnnagen

Claims

Patentanspr üche:

1. Diskriminatoranordnung für Datenmodems einer doppelseitig gerichteten Zweidraht-Datenübertragungseinrichtung mit Frequenzmodulation, bei der aus den an ihrem Eingang anliegenden, durch ein pulsformiges Modulatioitssigual in der Frequenz modulierten Sinuswellen abgeleitet mit gleicher oder verdoppelter Folgefrequenz eia "> monostabiler Multivibrator angestoßen und aus seinen Ausgangssignalen das Modulationssignal durch Integration wiedergewonnen wird, dadurch gekennzeichneudaßderrconostabile Multivibrator des Diskriminators der einen eine niedere l-rcquenzlage aufweisenden Übertragungsrichtung bei den positiv und negativ gerichteten NiiHdurcbgängen der Sinuswellen angestoi'n-ii wird und einen Impuls abgibt, daß dagegen der monostable Multivibrator des Diskriminator *o der andeien, eine hohe Frequenzlage autweisenden Übertragungsrichtung nur bei positiv oder nepctiv gerichteten Nulldurchgängen der Sinuswel leu .ingcstoßen wird und einen Impuls abgibt.

2. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1. *5 dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator für du Übertragungsrichtung mit der hohen Frequenzlage aus der Folge eines Hochpasses, eines Vorverstärkers, eines Differenziergliedes für den Nullduichgangeiner Richtung, einem monostabilen Multivibrator konstanter Pulslänge und -hohe und einem naehgeschalteten Integrationsglied. <l.iß dagegen der Diskriminator für die Übertragungsrichtung mit der niedrigen Frequenzlage aus der Folge eines Tiefpasses, eines Vorverstärkers. je eines Differen/iergliedos lur die Nulldurchgänge je einer Richtung, einer einen: Differenzierglicd vorgeschalteten Inveitcrstufe und einem monostabileu Multivibrator konstanter Pulslänge und -hohe mit nachfolgendem Integrationsglied besteht.

3. Diskriiiimatoranordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Frequen/vcihaltnis von 1:11 zwischen der niedrigen und hohen Frequenzlage der beiden Dbertragungsrichtungen die Breite der Ausgangsimpulsc der monostabilen Multivihratoren tier den beiden Ühcrtragungsrichtungcn zugeordneten Diskriminatoren sich wie n : 1 verhalten.

4. Diskriminatoranordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei den verwendeten tnonostabilcn Multivibratoren der Einfluß von Vcrsorgungsspannungsändcrungen durch Begrenzung mittels einer durch einen eine Zenerdiode (/)6) enthaltenden Spannungsteiler gewonnenen Referenzspannung und einer Klemmdiodc 11)4) kompensiert wird.

5. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den verwendeten monostabilen Multivibratoren der Temperatureinfluß auf die Basis-Emittersättigungsspannung des Zeilkreistransistors (7Vi3) durch eine Diode (/)S bzw. DS') kompensiert wird.

6. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den verwendeten monostabilen Multivibratoren der Temperatureinfluß auf das aus Kondensator (Ci) und Widerstand (/?9) bestehende Zeitglied durch Verwendung von Cilimmerkondensatoren und Metall scWdit-Widerständen für dieses Ze.tglied korn pensiert wird.