DE2223368A1

DE2223368A1 - Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Dynamik von Signalen

Info

Publication number: DE2223368A1
Application number: DE19722223368
Authority: DE
Inventors: Armando Lovadina; Franco Morelli
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1971-05-12
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1972-12-28
Also published as: BE774625A; US3836856A; AT316654B; NL7206479A; GB1308287A

Description

8605-71/H/Elf

italienische Anra. No. 24392 A/71

vom 12.5.1971

Societä Italiana Telecomunicazioni Siemens s.p.a. Mailand (Italien)

Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Dynamik von Signalen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Dynamik von Wechselstrom-Eingangssignalen in einem Fernmeldesystem.

In Fernmeldesystemen beispielsweise zur übertragung von Tonfrequenzen, namentlich von Musikprogrammen usw* tritt das Problem einer Begrenzung der Dynamik der übertragenen Signale auf, deren Amplitude einen bestimmten festgelegten Wert nicht überschreiten soll , da andernfalls eine beträchtliche Verschlechterung der Übertragungsqualität die Folge wäre» Dieses Problem ergibt sich nicht nur bei der übertragung, sondern auch bei Aufzeichnungsund Wiedergabeeinrichtungen.

Zur Vermeidung der Überschreitung eines bestimmten Grenzwertes sind Vorrichtungen bekannt, bei denen in Abhängigkeit von den prozentualen Eingangsgrößenschwankungen entsprechende prozentuale Ausgangsgrößenschwankungen hervorgerufen werden, die jedoch kleiner sind (und manchmal auch zu null werden). Es ist von grundlegender Bedeutung, daß diese Vorrichtungen nach einer'·

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ganz bestimmten Gesetzraässigkeit mit möglichst kurzen Eingriffszeiten und mit Rückstellzeiten, die je nach der Art des übertragenen Programmes (z.B. Sprache oder Musik) einstellbar sein sollen, auf das Signal einwirken. Zur Lösung dieses Problems bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Dynamiksteuerung bei offenem Regelkreis oder Dynamikregelung bei geschlossenem Regelkreis. Die Dynamiksteuerung gestattet zwar eine Begrenzung der Eingriffszeiten der Vorrichtung auf sehr geringe Werte ( <L00 us), hat aber den Nachteil, daß selten die gewünschte übertragungsfunktion erreicht wird? da eine direkte Kontrolle der AusgangsSpannungen der Verstärkerschaltungen fehlt. Dieser Nachteil lässt sich bei der Dynamikregelung in einfacher Weise vermeiden, bei der dafür andererseits die Eingriffszeiten beträchtlich länger sind.

Mit anderen Worten; Bei der Dynaniiksteuerung (offener Regelkreis) ergibt sich eine gute dynamische Charakteristik hinsichtlich der Eingriffsseit oder der übertragungsfunktion bei den verwendeten Transistoren, jedoch eine schlechte statische Charakteristik, während bei der Dynamikregelung (geschlossener Regelkreis) das Gegenteil erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der bei einer sehr geringen eigenen Eingriffszeit eine gewünschte übertragungsfunktion leicht und einfach erreichbar ist, so daß sowohl die statische als auch die dynamische Charakteristik gut sind.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Oszillator zur Erzeugung

ist einer Rechteckschwingimg vorgesehen^ deren Frequenz grosser ist

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als die doppelte Maximalfrequenz des Eingangssignals; daß das Eingangssignal einer Schaltung zugeführt wird, welche eine zu den Scheitelwerten des Eingangssignals proportionale Gleichspannung erzeugt, die den Verstärkungsgrad eines Verstärkers fur

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die Rechteckschwingung des Ozillators steuert; und daß das Ausgangssignal des Verstärkers in ein dreieckförmiges Signal umgewandelt und in dieser Form mit dem Eingangssignal in einer Vergleichsschaltung verglichen wird, deren vom Vergleichsergebnis abhängiges Ausgangssignal eine Schaltung steuert, welche ihm den Hochfrequenzanteil entzieht und die ursprüngliche Form und Frequenz des Eingangssignals in Abhängigkeit vom Verhältnis des dreieckförmigen Signals zum Eingangssignal wiederherstellt.

Vorzugsweise erzeugt die Vergleichsschaltung ein Ausgangssignal, welches den Wert null in den Zeitintervallen hat, in denen der Augenblickswert des dreieckförmigen Signals niedriger ist als der Augenblickswert des Eingangssignals, während es einen festgelegten konstanten Wert in den Zeitintervallen hat, in denen der Augenblickswert der dreieckförmigen Signals höher ist als derjenige des Eingangssignals.

Zwischen die Schaltung, die eine Gleichspannung erzeugt, und den von ihr geregelten Verstärker ist vorzugsweise eine weitere Verstärkerschaltung geschaltet, die eine Schwellwertschaltung enthält, welche die Ausgangsspannung dieser Verstärkerschaltung auf einem Mindestwert hält.

An einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 das Diagramm von drei möglichen Übertragungsfunktionen; Figur 2 das Blockschaltbild einer Anordnung gemäss der Erfindung;

Figur 3 den zeitlichen Verlauf der Eingangs- und Ausgangssignale einer Vergleichsschaltung der Anordnung nach Figur 2; und

Figur 4 die Einzelheiten einiger Schaltungen der Anordnung. In Figur 1 ist das Ausgangssignal V der Schaltungsanordnung

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über dem Eingangssignal V_± aufgetragen. Es ist ersichtlich, daß die übertragungsfunktion F (V^) = —■ bei 0 - V.— V konstant bleibt, während das Verhältnis V /V.¹ bei Werten des Eingangssignals V., die den Grenzwert V überschreiten, veränderlich ist. Allgemein tendiert es bei V. > V dazu, ausgehend von dem konstanten Wert kleiner zu werden, was gleichbedeutend mit einer Verlagerung der Funktion in Richtung zur Abszissenachse ist. Dies erreicht man normalerweise durch Verwendung eines durch eine Spannung oder einen Strom,die bzw. der am Eingang (offener Regelkreis) bzw. am Ausgang (geschlossener Regelkreis) abgegriffen wird, steuerbaren Bauelementes mit nichtlinearer Kennlinie.

Die in Figur 2 dargestellte Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung arbeitet mit offenem Regelkreis. Hierbei wird das analoge Eingangssignal in ein binäres ("logisches") Signal umgewandelt und in sicherer, nur von linearen Bauelementen mit geringer Toleranz abhängiger Weise kontrolliert und beeinflusst. Anschliessend wird es wieder rekonstruiert.

Die Schaltungsanordnung enthält einen Oszillator A, der eine Rechteckschwingung mit einer Frequenz erzeugt, die ausreichend höher ist als die Maximalfrequenz des Eingangssignals V.. Bei einer Eingangssignalfrequenz von 20 bis 15 000 Hz kann die Oszillatorfrequenz beispielsweise ungefähr 300 kHz betragen. Die erzeugte Rechteckschwingung wird von einem Verstärker B verstärkt, dessen Verstärkungsgrad eine lineare Funktion einer von einer weiteren Verstärkerschaltung G erzeugten Gleichspannung ist, die ihrerseits proportional zum Scheitelwert des Eingangssignals V. ist. Die Verstärkerschaltung G verstärkt das über eine spezielle, noch zu erläuternde Gleichrichteranordnung F zugeführte Eingangssignal V.. Eine Schwellwertschaltung, die innerhalb der Verstärkerschaltung G vorgesehen ist, liefert eine konstante "Sockelspannung" für V. < V (siehe Figur 1) und bestimmt den Wert des Ausgangssignals V_u beim Grenzpunkt S, bis zu welchem

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die übertragungsfunktion konstant ist.

Die Rechteckschwingung am Ausgang des Verstärkers B wird von einem Integrator C in eine dreieckige Form umgewandelt und dann zusammen mit dem Eingangssignal V^ an eine Vergleichsschaltung D angelegt. Die Vergleichsschaltung, die beim vorliegenden Beispiel durch einen Schmitt-Trigger gebildet wird, liefert am Ausgang ein Signal V_ mit festgelegtem Potentialwert (Figur 3) in den Zeitintervallen, in denen der Äugenblickswert der Dreieckschwingung grosser ist als derjenige des Eingangssignals (V_t >■ V^) . In den Zeitintervallen, in denen der Augenblickswert des Eingangssignals grosser ist als derjenige der Dreieckschwingung (V_t < V₁), hat das Signal V. hingegen den Wert null. Am Ausgang der Vergleichsschaltung D erscheint also eine Folge von Impulsen mit konstanter Amplitude, deren Dauer nicht vom absoluten Wert der beiden Eingangsgrössen, sondern nur von ihrem Verhältnis abhängt. Ein Tiefpaßfilter E entzieht dem Signal V der Vergleichsschaltung D den Hochfrequenzanteil und rekonstruiert durch Wiederherstellung der ursprünglichen Form das Niederfrequenzsignal, jedoch mit vom Verhältnis ν^,/ν^ abhängigen Amplituden.

Die Einzelheiten einer bevorzugten Schaltungsform der Einheiten F,G und B sind Figur 4 zu entnehmen.

Das Eingangssignal V. der Gleichrichteranordnung F wird vom Gleichrichter ρ gleichgerichtet und daraufhin an die Basis des Transistors γ angelegt. Dieser Transistors hat eine niedrige Eingangsimpedanz und setzt daher die Entladungszeit des Kondensators C herab. Der Kondensator C hat die Aufgabe, ein Signal zu erzeugen, dessen Pegel proportional zu den Scheitelwerten des Eingangssignals V. ist. Der regelbare Widerstand Ψ, der darstellungsgemäss parallel zum Kondensator C mit dem Emitter des Transistors γ gekoppelt ist, dem seinerseits an der Basis das gleichgerichtete Signal zugeführt wird, soll die Entladungs-

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zeiten des Kondensators C und somit die Rückstellzeiten einstellen.

Die Verstärkerschaltung G enthält ausser dem eigentlichen Verstärker α eine gemäss Figur 4 aus einem Transistor und einer Z-Diode gebildete Schaltung τ, welche die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung G auf einem Mindestpegel w hält, wenn
die Ausgangsspannung des Verstärkers α kleiner als oder gleich τ ist. Bei grösseren Spannungen wird die Schaltung τ vom Verstärker α ausser Betrieb gesetzt, Vom Wert des Mindestpegels ir hängt die Lage des Grenzpunktss S in Figur 1 ab. Vom Ausgangssignal der Vergleichsschaltung G ist, wie schon erwähnt wurde, der Verstärkungsgrad des Verstärkers B abhängig. Der Verstärker B kann aus einem gemäss Figur 4 cmgesteuerten Transistor bestehen.

Es ist zu beachten, da3 die von jedem in Figur 2 dargestellten Schaltungsblock ausgeführten Funktionen durch eine sehr einfache und in jeder Hinsicht unkritische Schaltung realisiert werden können. Da nämlich in jedem Schaltungsblock die Ausgangsgrössen in linearer Beziehung zu den Eingangsgrössen stehen, ist eine optimale Kontrolle der übertragungsfunktion der Gesamtanordnung und ihre einfache Reproduzierbarkeit gewährleistet.

Wenn man nur auf die Gleichstromvarstärkerschaltung G (Figur 2) einwirkt, die seinerseits die Verstärkung des Verstärkers B
und somit der gesamten Schaltungskette einstellt, ist es möglich, die Ansprechcharakteristik V = F (V.) der Schaltungsanordnung zu verändern, indem man 3.B. ausser einem Begrenzer eine Komprimier- oder Expandiervorrichtung vorsieht.

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Claims

Patentansprüche

1.) Schaltungsanordnung zum Begrenzen der Dynamik von Wechselstrom-Eingangssignalen in einem Fernmeldesystem, d a d u r ch gekennzeichnet , daß ein Oszillator (A) zur Erzeugung einer Rechteckschwingung vorgesehen ist, deren Frequenz grosser ist als die doppelte Maximalfrequenz des Eingangssignals (V^); daß das Eingangssignal (V.) einer Schaltung (F) zugeführt wird, welche eine zu den Scheitelwerten des Eingangssignals proportionale Gleichspannung erzeugt, die den Verstärkungsgrad eines Verstärkers (B) für die Rechteckschwingung des Oszillators (A) steuert; und daß das Ausgangssignal des Verstärkers (B) in ein dreieckförmiges Signal (V,) umgewandelt und in dieser Form mit dem Eingangssignal (V.) in einer Vergleichsschaltung (D) verglichen wird, deren vom Vergleichsergebnis abhängiges Ausgangssignal (V_c) eine Schaltung (E) steuert, welche ihm den Hochfrequenzanteil entzieht und die ursprüngliche Form und Frequenz des Eingangssignals (V^) in Abhängigkeit vom Verhältnis des dreieckförmigen Signals zum Eingangssignal (V_t/V.) wiederherstellt.

2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleichsschaltung (D) ein Ausgangssignal (V ) erzeugt, welches den Wert null in den Zeitintervallen hat, in denen der Augenblickswert des dreieckförmigen Signals (V.) niedriger ist als der Augenblickswert des Eingangssignals (V^), während es einen festgelegten konstanten Wert in den Zeitintervallen hat, in denen der Augenblickswert des dreieckförmigen Signals (V.) höher ist als derjenige des Eingangssignals (V^) (Figur 3).

3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß zwischen die Schaltung (F), die eine Gleichspannung erzeugt, und den von ihr geregelten Verstär-=

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ker (B) eine weitere Verstärkerschaltung (G) geschaltet ist, die eine Schwellwertschaltung (τ) enthält, welche die Ausgangsspannung dieser Verstärkerschaltung (G) auf einem Mindestwert hält.

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