DE2214761A1 - Schaltungsanordnung zur pulsdauermodulation und demodulation niederfrequenter analoger signale - Google Patents

Schaltungsanordnung zur pulsdauermodulation und demodulation niederfrequenter analoger signale

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DE2214761A1
DE2214761A1 DE19722214761 DE2214761A DE2214761A1 DE 2214761 A1 DE2214761 A1 DE 2214761A1 DE 19722214761 DE19722214761 DE 19722214761 DE 2214761 A DE2214761 A DE 2214761A DE 2214761 A1 DE2214761 A1 DE 2214761A1
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Germany
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circuit
schmitt trigger
demodulation
integrator
pulse duration
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DE19722214761
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Udo Dipl Phys Miller
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K9/00Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal
    • H03K9/08Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal of duration- or width-mudulated pulses or of duty-cycle modulated pulses
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Landscapes

  • Recording Or Reproducing By Magnetic Means (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zur Pulsdauermodulation und Demodulation niederfrequenter analoger Signale Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Pul.dauoruodulation und Demodulation niederfrequenter analoger Signale zum Zwecke der Signalaufzeichnung oder Signalübertragung auf einem Aufzeichnungskanal oder Übertragungskanal.
  • Der schaltungstechnische Aufwand bekannter Geräte, die mit Frequenzmodulation, Pulsdauermodulation oder Pulsphasenmodulation arbeiten, ist beträchtlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Meßdaten mit relativ niedrigem Frequenzumfang, beispielsweise einem Frequenzumfang von 0 bis 100 Hertz eine Modulationsschaltung mit relativ niedrigem Schaltungsaufwand zu entwickeln, welche es gestattet, wahlweise ein oder mehrere Signale auf einem Meßkanal zu übertragen oder insbesondere auf einer Spur eines Magnetbandgerätes aufzuzeichnen und von dort wieder abzurufen. Das zur Anwendung kommende Modulationsverfahren soll dabei die Verwendung von Tonbandgeräten der niedrigen Preisklasse gestatten, ohne daß eine schwerwiegende Einbuße an der Genauigkeit der aufgezeichneten Signale zu erwarten ist.
  • Die gestellte Aufgabe ist mit einer Schaltungsanordnung gelöst, bei der erfindungsgemäß eine Signalspannung einem Integrator zugeführt ist, der mit einem Schmitt-Trigger zu einem geschlossenen Stromkreis geschaltet ist und de. die in ihrer Pulsdauer modulierte Signalspannung einer den Schmitt-Trigger itt de. Integrator verbindenden Leitung entnommen ist und daß ferner zum Zwecke der Demodulation der Integrator in einen Tiefpaß umschaltbar ist, der mit dem Schmitt-Trigger in Reihe geschaltet ist, wobei eins auf den Eingang des Schmitt-Triggers geschaltete und in ihrer Pulsdauer modulierte Signalspannung als demodulierte Signalspannung am Ausgang des Tiefpasses abgreifbar ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist au. Zwecke der Aufzeichnung oder Übertragung mehrerer Signale auf einem Speicher oder Kanal vorgesehen, für jedes Signal eine Sohaltung nach Anspruch 1 anzuordnen, bei der ii Falle der Modulation der Integratorausgang jeder Schaltung mit des Schmitt-Trigger einer anderen Schaltung au einer Kettenschaltung verbunden ist und bei der zur Demodulation alle Schmitt-Trigger zu einer Ringschaltung verbunden sind.
  • Bei n-facher Anordnung der Schaltung beträgt der Phasenwinkel zwischen den in aufeinanderfolgenden Schaltungen erzeugten Rechteckspannungen 360° : n bei ungeradzahliger, und 360° : 2n bei geradzahliger n-facher Anordnung. In einer speziellen Anwendungsform der Erfindun ist die Schaltungsanordnung als Adapter für einen Aufnahme-Wiedergabekanal eines Magnetbandgerätes ausgebildet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es neigt: Figur 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung bei der Modulation eines Meßwert-Signals; Figur 2 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung bei der Demodulation des Signals; Figur 3 eine mehrfache Anordnung der Schaltungsanordnung nach Figur 1 bei der Modulation von drei Signalen; Figur 4 eine der Figur 3 entsprechende Schaltung bei der Demodulation der Signals; Figur 5 ein Ausführungsbeispiel entsprechend den Blockschaltbildern der Figur 1 und der Figur 2; Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung entsprechend den Blockschaltbildern der Figuren 3 und 4.
  • Bei der in der Figur 1 dargestolltea Schaltung ist ein Schmitt-Trigger 1 derart mit einem Integrator 2 verbunden, daß das Ganze wie ein Funktionsgenerator arbeitet. Der Schmitt-Trigger 1 gibt als bistabiles Element nur eine positive oder eine negative Spannung ab, welche die Integratorspannung 3 linear ansteigen oder abfallen läßt.
  • Erreicht die Letztere eine der Eingangsschwellen, so wird der Schmitt-Trigger 1 über eine Rückkopplungsleitung 4 umgeschaltet. Ein dem Integrator 2 zugoführtes Meßwertsignal 5 wird bei dieser Schaltungsanordnung der im Schmitt-Trigger 1 gebildeten Rechteckspannung 6 zuaddiert. Im Abhängigkeit vom momentanen Vorzeichen des Meßwertsignales 5 und der Rechteckspannung des Schmitt-Triggers wird das Tastverhältnis derart geändert, daß der zeitliche Mittelwert der Rechteckspannung gleich dem negativen Wert der Meßwertspannung ist. Letzteres gilt auch dann noch, wenn die Schwellenpotentiale oder die Ausgangsspannungen des Triggers nicht symmetrisch um Null liegen. Dabei ergibt sich für die praktische Anwendung der Vorteil, daß die Bauelemente keine relativ engen Toleranzen aufzuweisen brauchen, wodurch sich die Schaltung mit preisgünstigen Bauelementen realisieren läßt.
  • Bringt man nun eine mit einem Meßwertsignal 5 in ihrer Pulsdauer modulierte Rechteckspannung 6 auf einer Magnetspur zur Aufzeichnung, so wird die Wiedergabe im allgemeinen eine vornehmlich symmetrisch verzerrte Spannung 8 (Figur 2) erbringen. Da nun aber für die Wiedergabe der nämliche Schmitt-Trigger-Kreis 1 verwendet wird, erhält man am Ausgang 9 des Triggers 1 anstelle der verzerrten Spannung 8 eine weitgehend regenerierte Rechteckspannung, deren Mittelwert dem aufmodulierten Meßwert entspricht.
  • Der Letztere erscheint am Ausgang 10 des in seinem Verhalten zu einem Tiefpaß umgeschalteten Integrators.
  • Ein mehrfache Anordnung der Schaltung naoh den Figuren 1 und 2 führt zu Schaltungen nach den Figuren 3 und 4. Im Falle der Modulation ist dabei in einer ringförmig gschlossenen Kettenschaltung der Integratorausgang 16, 17 und 18 mit dem Schmitt-Trigger 10 bzw. 11 oder 12 einer folgenden Schaltung verbunden. Dies hat zur Folge, daß die einzelnen Generatoren nicht mehr unabhängig voneinander schwingen, sondern drei Rechteckspannungen abgeben, deren Phasen um 360° : 3 = 120° gegeneinander verschoben sind. Bei n-facher Anordnung der Schaltglieder beträgt somit der Phasenwinkel 3600 g n für ungeradzahlige Anordnungen von Schaltstufen und 360° : 2n für geradzahlige Anordnungen von Schaltstufen, weil hier das Vorzeichen bei einer der Kopplungen in der Kette umgekehrt werden muß. Wie bei der einfachen Anordnung der Schaltung ergibt die Summe der Integratoreingangsströme in Jedem Glied den Mittelwert Null, d. h. daß das Tastverhältnis der Rechteckschwingungen R1, R2, R3 nur von den zugeordneten Signalspannungen S1, S2, S3 abhängt. Durch die Rückkopplungen 20 bis 23 der Kreise ist erreicht, daß die Schmitt-Trigger 10, 11, und 12 aufeinanderfolgend mit wechselndem Vorzeichen geschaltet werden.
  • Zur Demodulation sind entsprechend der Figur 4 die Schmitt-Trigger 10, 11 und 12 in einer Ringschaltung vereinigt. Das beispielsweise von einer Spur eines Tonbandgerätes abgegriffene Modulationssignal MS wird allen Schmitt-Triggern 10, 11 und 12 in gleicher Weise zugeführt. An den Ausgängen 23, 24 und 25 der Schmitt-Trigger 10, 11 und 12 sind wiederum entsprechend den Figuren 1 und 2 die au Tiefpässen 13-, 14- und 15- umgewandelten Integratoren 13 bis 16 angeschlossen, welche wiederum die demodulierten Signalspannungen S1 bis S3 liefern. Bei der Demodulation ist die Verstärkung des Signals MS so eingeregelt, daß die Spitzenamplituden nur etwa die halbe Eingang-Schwellenhöhe der Trigger erreichen. Die letzteren reagieren nur dann, wenn noch eine Vorspannung mit richtigem Vorzeichen hinzukommt.
  • Diese Vorspannung ist Jeweils vom Ausgang des vorhergehenden Triggers abgenommen. So springt beispielsweise der zweite Schmitt-Trigger bei einem negativen Impuls nur dann von (+) nach (-), wenn gleichzeitig der erste Schmitt-Trigger auf (+) steht. Die einzelnen Soheitt-Trigger 10 bis 12 schalten somit in derselben Reihenfolge wie bei dor Modulation, wobei das Summensignal NS wieder in seine ursprünglichen Einzelkomponenten aufgegliedert wird.
  • Zu der in den Figuren 1 und 2 im Blockschaltbild dargestallten Schaltung zeigt die Figur 5 ein in der Praxis erprobtes Ausführungsbeispiel für einkanalige Meßwertaufzeichnung und Wiedergabe mit Hilfe eines Tonbandgerätes. $Die Schaltung ist mit Hilfe handelsüblicher integrierter Opertionsverstärker 20 und 21 aufgebaut, wobei im Widerstandsneetzwerk die Werte der verwendeten Widerstände in Ohm bzw. durch k gekennzeichnet in Kilo-Obr angegeben sind. Die Grundfrequenz der von der Anordnung gelieferten Rechteckwelle ist durch geeignete Wahl der Kondensatoren Co und C1 festgelegt. Zur Usschaltung der Einrichtung auf Modulation und Demodulation, d. h. im vorliegenden Anwendungsfall auf Aufnahme und Wiedergabe dient ein Schalter 23 mit zweimal iwei Kontakten. In der Stellung "Aufnahme" (A) des Schalters 23 arbeitet der Operationsverstärker 21 als Integrator und ist mit seinem Ausgang 24 auf den Eingang 25 des anderen Operationsverstärkers 20, der als Schmitt-Trigger arbeitet, rückgekoppelt. Ein aufzuzeichnendes Meßwertsignal, das einer Klemme S der Einrichtung zugeführt ist. gelangt über einen Widerstand 20 an den Eingang 26 des bei der Aufnahme als Integrator wirkenden Operationsverstärkers 21, wobei am selben Eingang auch die mit Hilfe des Operationsverstärkers 20 und der Kondensatoren C1 und Co (Schmitt-Trigger) erzeugte Impulsfolge anliegt. Ein entsprechend der Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 gebildetes und in seiner Pulsdauer moduliertes Signal kann der Schaltung über die Klemme Tonbandeingang entnommen werden, die beispielsweise mit dem Radio-/Phono- Eingang eines Tonbandgerätes verbunden lot.
  • Zur Wiedergabe ist der Schalter 23 in die Stellung "Wiedergabe" (W) umzuschalten. Der Operationsverstärker 21 wirkt nun als Tiefpaß. Ein von der Phonobuchse des Tonbandgerätes oder auch vom Lautsprecheranschluß des Tonbandgerätes abgegriffenes Signal gelangt über eins Wiedergabebuchse WB der Schaltungsanordnung über ein RC-Glied an den Eingang 25 des Operationsverstärkers 20 und wird dann entsprechend der zur Figur 2 gegebenen Beschreibung demoduliert, worauf es an der Buchse S abgegriffen und einem Anzeigegerüt oder einer Registrier-bzw. Auswertungseinrichtung zugeführt werden kann. Die Figur 6 zeigt eine erprobte Schaltungsanordnung für die Aufzeichnung und Wiedergabe mehrerer Signale auf einer Tonspur. Die Schaltung entspricht den in don Figuren 3 und 4 dargestellten Blockschaltbildern und hat de dort beschriebene Wirkungsweise. Sie ist ferner aua Einzelschaltungen aufgebaut, die weitgehend mit der Schaltung nach Figur 5 übereinstimmen. Zur Zusammenschaltung der Baugruppen nach Figur 5 sind lediglich weitere Buchsen A1 bis A3, A1' bis A3', B1 bis B3 und B1' bis B3' vorgesehen.
  • Anstelle des Umschalters 23 der Figur 5 sind ferner Umschalter mit fünfmal zwei Kontakten erforderlich. Zur Anschaltung der Einrichtung an ein Tonbandgerät sind, wie im vorher beschriebenen Beispiel, die Klemmen Tonband-Eingang bzw. Tonband-Ausgang erforderlichenfalls unter der Zwischenschaltung eines Adapters zu verbinden, wobei aufzuzeichnende oder vom Tonband abzurufende Meßwertsignale an den Klemmen S1 bis S3 liegen. Mit der beschriebenen Anordnung lassen sich beispielsweise drei unterschiedliche Meßwerte, wie Atomfrequenz, Körpertemperatur und EKG auf einer einzigen Magnetspur aufzeichnen und ohne nennenswerte Verzerrungen wiedergaben, wobei für den angegebenen Verwendungszweck bereits Tonbandgeräte der unteren Preisklasse genügen. Die Bandgeschwindigkeit braucht nicht so streng konstant zu sein, wie das bei anderen Modulationsverfahren erforderlich ist. Der Gesamtaufwand der Modulations- und Demodulationsschaltung ist relativ niedrig, da die überwiegende Mehrzahl der verwendeten Baukomponenten sowohl bei der Aufnahme al auch bei der Wiedergabe eine Funktion erfüllen und deshalb in der Sohaltung nur einfach vorhanden sein müssen. Durch Austausch der Kondensatoren C1 und Co und Umschaltung der Magnetbandgeschwindigkeit kann die Einrichtung auch zur Zeitdehnung oder Zeitraffung benützt werden.
  • - Patentansprüche -

Claims (4)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Schaltungsanordnung zur Pulsdauermodulation und Demodulation niederfrequenter analoger Signale zum Zwecke der Signalaufzeichnung oder Signalübertragung, dadurch g o k e n n z e i c h n e t , daß eine Signalspannung einem Integrator zugeführt ist, der mit einem Schmitt-Trigger zu einem geschlossenen Stromkreis geschaltet ist und dem die in ihrer Pulsdauer modulierte Signalspannung einer den Schmitt-Trigger mit dem Integrator verbindenden Leitung entnommen ist und daß ferner zum Zwecke der Demodulation der Integrator in einen Tiefpaß umschaltbar ist, der mit dem Schmitt-Trigger in Reihe geschaltet iot, wobei eine auf den Eingang des Schmitt-Triggers geschaltete und in ihrer Pulsdauer modulierte Signalspannung als demodulierte Signalspannung am Ausgang des Tiefpasses abgreifbar ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z C i c h n e t , daß zum Zwecke der Aufzeichnung oder Übertragung mehrerer Signale auf einem Speicher oder Kanal für Jedes Signal eine Schaltung nach Anspruch 1 vorgesehen ist, bei der im Falle der Modulation der Integratorausgang Jeder Schaltung mit dem Schmitt-Trigger einer anderen Schaltung zu einer Kettenschaltung verbunden ist und bei der zur Demodulation alle Schmitt-Trigger zu einer Ringschaltung serbundon sind.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z i c h n o t , daß bei n-facher Anordnung der Sahaltung der Phasenwinkel zwischen den in aufeinanderfolgenden Schaltungen erzeugten Rechteckspannungen 360° : n, bei ungeradzahliger und 3600 t 2n bei geradzahliger n-facher Anordnung beträgt.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch g e k n n z e i o h n e t , daß sie einem einzigen Aufnahme-Wiedergabekanal eines Magnetbandgerätes zugeordnet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3137267A1 (de) * 1981-09-18 1983-04-14 Loher Gmbh, 8399 Ruhstorf Schaltungsanordnung zur erzeugung einer pulsspannung mit saegezahnfoermigem mittelwert
DE3614080A1 (de) * 1986-04-25 1987-10-29 Siemens Ag Demodulator

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DE3137267A1 (de) * 1981-09-18 1983-04-14 Loher Gmbh, 8399 Ruhstorf Schaltungsanordnung zur erzeugung einer pulsspannung mit saegezahnfoermigem mittelwert
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