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"Digitale Schaltungsanordnung zum Kontrollieren von Signalen auf
eine vorbestimmte minimale und maximale Signaldauer.
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Die Erfindung betrifft eine digitale .schaltuagsanordnung zum Kontrollieren
von Signalen auf eine vorbestimmte minimale und maximale Signaldauer.
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Die hufgabe, Signale auf eine vorbestimmte Lange zu kontrollieren,
stellt sich z.B. beim Dekodieren von Morsezeichen oder Fernschreibeignalen mit etwa
konstanten Zeichenimpulslängen, Bei einem Morsezeichen ist bei gleichbleibenden
Impulslängen zwischen zwei verschiedenen Impulslängen, dem Punkt- und dem Strichsignal,
zu unterscheiden. Eine zu kontrollierende Zeichenlänge kann aber auch in einer Halbschwingung
eines Wechselstromsignals bestehen, das auf seine Frequenz untersucht werden soll.
Zu erfassen ist hierbei die Zeit zwischen zwei Nulldurchgangen, woraus sich bekanntlich
die Frequenz bestimmen läßt.
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Derartige Zeichen lassen sich als Schwingungen mit vorge gebenen Frequenzen
auffassen und es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Zeichenlängen
bzw Frequenzen zu diskriminieren, ohne daß es dabei hochselcktiver Filterkreise
bedarf. Die Erfindung löst diese @ufgabe unter Verwendung digitaler Schaltkreise
und i-st erfindungsgemäß d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Nullindikatoribravorgesehen
ist, an dessen Ausgang im Ruhezustand eine logische 0 ansteht, die sich beim Vorhandensein
eines Signals an seinem Eingang in eine logische 1 umwandelt, daß dem Null indikator
ein erster monostabiler Multivibrator nachgeschaltet ist, der mit dem Anstieg der
positiven Flanke der logischen 1 gestartet wird.und für einen vorgegebenen Zeitraum
x, dessen Länge identisch ist mit derminimal zulässigen Signaldauer,- ein Ausgangssignal
abgibt, das jedoch zwangsweise abgebrochen wird, wenn am @usgang des Nullindikators
vor dem ablauf des Zeitraums x bereits wieder eine logische 0 ansteht, und daß ein
zweiter, dem ersten nachgeschalteter monostabiler Multivibrator vorgesehen ist,
der mit dem Ende des Ausgangssignals des ersten Multivibrators in Betrieb gesetzt
wird und für ein vorgegebenes Zeitintervall y ein Ausgangssignal abgibt, wobei der
Zeitraum ( x + y ) die maximal zulässige Signaldauer angibt, und daß dem zt.--eiten
Multivibrator eine erste Und-Schaltung nachgeschaltet ist, deren anderer Eingang
mit
dem Ausgang des Nullindikators verbunden ist, daß ein -erster
Flipflop vorgesehen ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang der ersten und dessen
anderer Eingang nit dem Ausgang einer zweiten Und-Schaltung verbunden ist, von der
ein Eingang mit dem Ausgang des Nullindikators und deren anderer Eingang unter Zwischenschaltung
einer Negierungsstufe mit dem Ausgang des zweiten Multivibrators verbunden ist,
und daß dem ersten Flipflop eine Auswerteschaltung nachgeschaltet ist, die die Länge
des Ausgangssignals des Flipflops bewertet und ein solches Ausgangssignal unterdrückt,
das eine vorgegebene Länge nicht erreicht.
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Die Auswerteschaltung ist in Weiterbildung der Erfindung ein Synchron-Flipflop,
dessen Takteingang mit einem Takt generator verbunden ist, der ein Taktverhältnis
von etwa 1 : 1 aufweist und dessen Taktimpulse eine zeitliche Länge von x = y/2
haben. Außerdem ist eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen, die den Taktgenerator
mit der Signalspannung derart synchronisiert, daß zeitlich dessen Impulsanstieg
vor dem Ablauf des Zeitraums x, beginnend vom ersten Nulldurchgang der Signalspannung,
und der Impulsabfall nach dem Ablauf des Zeitraums (x + y), gerechnet vom gleichen
Zeitursprung zu liegen kommen, und als Synchron-Flipflop ein solcher ausgewählt,
der mit dem Abfall des Taktimpulses
das an seinem Eingang anstehende
signal am Ausgang zur Anzeige bringt.
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Den Taktgenerator kann man zusätzlich mit dem ersten Flip flop verbinden,
welches dann so aufgebaut ist, da es mit dem Impulsanstieg der Takte gelöscht wird
Auf diese 4'eise ist eine derart auch die Weiterbildung der Erfindung mitumfassende
Schaltungsanordnung geeignet, sich wiederholende Impulse gleicher Länge stets aufs
neue zu kontrollieren. Sie ist damit als Frequenzdiskriminator einsetzbar. Unter
Impulsen gleicher Länge sind hierbei solche gemeint, deren Länge innerhalb eines
vorbestimmten zeitlichen Minimums und Maximums liegen.
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Die Erfindung sei anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert: Figur
1 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. In ihr ist ein Nullindikator
1 vorgesehen Diesem Nullindikator ist ein erster monostabiler Mutivibrator 2 nachgeschaltet,
dessen ausgang ist mit dem Ein ang eines zweiten monostabilen Multivibrators 3 verbunden.
Dem zweiten monostabilen Multivibrator 3 sind zwei Und-Schaltungen 4 und 5 nachgeschaltet,
wobei die Ausgangsgröße des Multivibrators 3 der einen Und-Schaltung 4 direkt und
der anderen
Und-Schaltung 5 unter Zwischenschaltung einer Negationsstufe
zugeführt wird. Den anderen Eing@ängen dieser Und-Schaltungen wird die Ausgangsspannung
des Nullindikators 1 zugeschaltet. Die Ausgänge dieser Und-Schaltungen sind mit
einem ersten Flipflop 6 verbunden, dessen Ausgang mit einem Synchron- Filpflop 7
verbunden ist. Weiterhin ist ein Taktgenerator 8 vorgesehen, der über eine Synchronisationsschaltung
9 mit dem Ausgang des Mullindikators 1 verbunden ist und der Taktimpulse an die
Flipflops 6 und 7 abgibt.
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Für die Funktionserklärung wird die Figur 2 herangezogen.
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Im Rhythmus eines Taktes T sei eine in binärer i?orm vorliegende Information
B vom Sender zu übertragen. Diese Information B werde von dem Sender mit einer Schwingung
pro Bit ausgegeben. Am Eingang der digitalen Auswerteschaltung stehe der Signalverlauf
a an. Der erste Signalzug wird, wie aus der Figur 2 ersichtlich, ungestört übertragen,
was sich in einem unverzerrten Signalverlauf am Eingang der Schaltung zeigt. Die
Schwelle des Nullindikators 1 am Eingang der Auswerteschaltung ist auf einen Wert
so eingestellt, daß im Ruhezustand eine logische Null an seinem Ausgang b ansteht.
Wird durch ein eintreffendes Signal a am Mullindikator-Ausgang ein positives Signal
b erzeugt, so startet der monstabile Multivibrator 2 mit
der positiven
Flanke. Er gibt ein Ausgangssignal c für die Zeit x ab Der monostabile Multivibrator
1 kann nur gestartet werden, wenn das Signal b positiv ist. Geht das Siganal b vor
Ablauf der Zeit x wieder auf Nullpotential, so wird das Signal c am Ausgang des
Multivibrators 2 zwangsweise wieder auf Nullpotential geschaltet Die Zeit x gibt
also die minimale Zeitdauer an, die das signal a am Eingang des Nullindikators haben
muß.
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Durch das Signal c vom ausgang des Multivibrators 2 wird beim ubergang
von Plus auf Null der monostabile Multivibrator 3 gestartet, Dieser gibt für die
Zeit y ein Ausgangssignal d ab. Sind die Signale b und d gleichzeitig von positivem
Wert, so wird die Und-Schaltung 4 geöffnet und damit der nachgeschaltete Flipflop
6 durch die Äusgangsspannung e der Und-Schaltung 4 gesetzt. Das Ausgangssignal g
des Flipflops 6 wird positiv. Somit ist ein Zeichen, das die minimale zeitliche
Länge überschritten hdt, eindeutig identifiziert.
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Der vierte am Eingang des Nullindikators 1 in der Figur 2 anstehende
Signalzug zeigt nämlich, daß an dem Flipflop 6 kein Ausgangssignal ansteht, wenn
das Signal a diese minimale Länge nicht erreicht. Dies ist am Beispiel eines Störimpulses
verdeutlicht. Dieser Störimpuls erzeugt ein
kurzzeitiges Ausgangssignal
b am Nullindikator und somit nur ein kurzzeitiges Ausgangssignal am Multivibrator
2, weil dieses zwangsweise wieder auf Null gesetzt wird, wenn an seinem Eingang
vor dem Ablauf der Zeit; auf den der monostabile Multivibrator 2 eingestellt ist,
die Span nung verschwindet. Durch die abfallende Flanke des Ausgangssignals c wird
der Multivibrator 3 für die Zeit y gestartet, jedoch fällt dessen @usgangssignal
zeitlich nicht mehr mit dem Signal b am Ausgang des Nullindikators 1 zusammen, und
daher steht am Ausgang der Und-Schaltung 4 Leine Spannung mehr an, die den Flipflop
6 setzen könnte, Es ist nun noch zu beschreiben, wie ein Signal, dessen zeitliche
Länge die maximal zulässige überschreitet, von solchen unterschieden wird, die innerhalb
der zulässigen Toleranzgrenzen liegen. Zu diesem Zweck ist eine zweite Und-Schaltung
5 vorgesehen, deren Eingänge die Ausgangsspannung des Mutivibrators 3 negiert und
die Ausgangsspannung des Nullindikators 1 direkt zugeführt wird Die Funktion sei
am fünften Signalzug der Fig 2 erläutert. Am Eingang des Nullindikators stehe ein
unzulässig langer Signalverlauf a an Dieser erzeugt ein langes Äusgangssi gnal b.
Durch dessen Auftreten wird wiederum für die Zeit x ein Ausgangssignal c des ersten
monostabilen Multivibrators 2 erzeugt. i&it dem Ende dieses Ausgangssignals
startet
der zweite monostabile Multivibrator 3 und gibt fur die
Zeit y ein usgangssignal ab. Für eine gewisse Zeit steht damit am Ausgang der Und-Schaltung
4 eine AZusgangsspannung e an, die den Flipflop 6 setzt Nach dem Erlöschen des Ausgangssigals
d des Mujltivibrators 3 steht an der Und-Schaltung 5 ein Ausgangssignal an, da das
Signal b noch immer vorhanden ist Dieses Ausgangssignal f löscht den Flipflop 6
wieder, so daß dessen Ausgangsspannung nicht für einen zeitlichen vorgegebenen Minimalwert
ansteht. Wäre die Signal spannung b schon vor dem Ende des Zeitverlaufs y auf Null
zurückgegangen, ie das im ersten Signalzug der Fig. 2 beschrieben ist, dann wäre
der Flipflop 6 nicht gelöscht worden. Man braucht also dem Flipflop 6 nur eine Auswerteschaltung
nachzuschalten, die die zeitliche Länge seines Ausgangssignals bewertet, z.B.
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durch eine Integration.
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Einfacher und mit befriedigerdenden Ergebnissen erreicht man bei getakteten
Systemen die Auswertung durch einen zweiten Flipflop, der dem ersten Flipflop nachgeschaltet
ist, und der als Synchron-Flipflop ausgeführt ist. hierzu ist ein Taktagenerator
vorgesehen, der ein Taktverhältnis von etwa 1 : 1 aufweist, und dessen Taktimpulse
h eine zeitliche Länge von x + #/2 haben Dieser Taktgenerator ist uber eine Synchronisiereinrcihtung
derart mit den Eingangssignalen
synchronisiert, daß zeitlich gesehen
die Impulsanstiege der Takte h zeitlich vor dem ablauf des Zeitraums x beginnen,
und der Impulsabfall nach dem Ablauf des Zeitraums (x + y), vom gleichen Zeitursprung
an gerechnet, zu liegen kommen. Das Synchron-Flipflop 7 ist so ausgeführt, daß mit
dem Abfall des Taktimpulses das an seinem Eingang anstehende Signal an seinem Ausgang
zur Anzeige gebracht wird.
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Wenn also das Ausgangssignal des Multivibrators 3 bereits erloschen
ist, und aufgrund der Und-Schaltung 5 bei einem unzulässig langen Signal impuls
der Flipflop 6 bereits kein Ausgangssignal mehr zeigt, dann kann aufgrund der Tatsache,
daß der Impulsabfall der Taktimpulse h zeitlich nach dem Ablauf des Zeitraums y
zu liegen kommt, vom Synchron-Flipflop 7 keine Ausgangsgröße i zur Anzeige gebracht
werden, Im Spannungsverlauf g in der Figur 2 ist durch entsprechende Punkte angedeutet,
welche Größen jeweils beim Impulsabfall des Impulsspannungsverlaufs h mit Hilfe
des Synchron-Flipflops 7 zur Anzeige gebracht werden.
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Zweckmäßigerweise verbindet man den Taktgenerator zusätzlich mit dem
Flipflop 6, welcher dann so aufgebaut ist, daß er mit dem Impulsanstieg der Takte
gelöscht wird, Dies ist ebenfalls aus der Fig. 2 ersichtlich. Die Schaltung ist
dann geeignet, Impulse, die aus zwei Bits und infolgedessen
aus
zwei hintereinanderfolgenden Schwingungcn bestehen, einwandfrei zur Anzeige zu bringen,
da der Flipflop 1 durch die Takte jeweils wieder gelöscht wird. Dies ist am Beispiel
des an zweiter Stelle in der Figur 2 aufgezeichneten Signalverlaufs verdeutlicht.
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Der dritte Signalverlauf in der Figur 2 zeigt ergänzend eine Information,
die ebenfalls aus zwei Bits und demzufolge zwei Schwingungen besteht, bei dem die
zweite Schwingung zwar verzerrt, aber noch innerhalb der zulässigen Grenzen liegt
und daher als ungestört angezeigt wird.
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Soll eine solche Schaltungsanordnung dazu verwendet werden, zwei Frequenzen
voneinander zu unterscheiden, z.B.
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bei einem Einsatz in einem Ubertragungsverfahren, das mit Frequenzumtastung
arbeitet, so lassen sich zwei Auswerteschaltungen gemäß der Fig. 1 parallel schalten,
die auf die zwei verschiedenen Frequenzen abgestimmt sind, oder es wird die Schaltung
nach Figur 1 so erweitert, daß man zwei Zeitfenster, die eine solche Schaltung praktisch
darstellt, hintereinander schaltet. Auf diese Weise lassen sich einzelne Elemente
der Schaltung gemäß Fig. 1 doppelt ausnutzen.