DE2241859A1

DE2241859A1 - DIGITAL CORRELATION FILTER

Info

Publication number: DE2241859A1
Application number: DE19722241859
Authority: DE
Inventors: Max-Eberhard Loesel
Original assignee: FAIRCHILD HALBLEITER GmbH
Current assignee: FAIRCHILD HALBLEITER GmbH
Priority date: 1972-08-25
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1974-03-14
Also published as: DE2241859B2

Description

Digitales Korrelationsfilter Die vorliegende Erfindung betrifft die Erkennung von definierten Frequenzen zur Erzeugung von Schaltsignalen mit Hilfe digitaler Schaltbausteine.Digital Correlation Filter The present invention relates to Detection of defined frequencies to generate switching signals with the help of digital switching modules.

enn aus einem Spektrum verschiedenartiger Schwingungen bestimmte, diskrete Frequenzen erkannt werden sollen, so wird hierzu gewöhnlich ein Schwingkreis aus Spule und Kondensator verwendet. Ein solcher aus Induktivität und Kapazität aufgebautes Filter hat den Nachteil, daß die verwendeten eaktanzen sich nicht miniaturisieren lassen bzw. auch nicht in integrierter monolithischer Technik herstellen lassen. Weiterhin haben diese Filter den Nachteil, daß sie auf die jeweilige Resonanzfrequenz durch Veränderung der Werte der Reaktanzen abgeglichen werden müssen und keine gute Stabilität der Resonanzfrequenz, insbesondere bei Temperaturschwankungen besitzen.hen from a spectrum of different vibrations certain If discrete frequencies are to be recognized, an oscillating circuit is usually used for this purpose used from coil and capacitor. One made of inductance and capacitance The built-up filter has the disadvantage that the reactances used do not miniaturize let or not produced in integrated monolithic technology. Furthermore, these filters have the disadvantage that they are sensitive to the respective resonance frequency have to be adjusted by changing the values of the reactances and not a good one Have stability of the resonance frequency, especially with temperature fluctuations.

Es sind weiterhin Frequenzfehler bekannt, die zwar digital die Frequenz eines anliegenden pulsierenden Signals auszählen; jedoch können solche Frequenzfehler nicht dazu verwendet werden, das Vorhandensein einer bestimmten Frequenz in einem Spektrum zu erkennen und hieraus ein Schaltsignal abzuleiten.Frequency errors are also known, although the frequency is digital count an applied pulsating signal; however, such frequency errors can occur not used to indicate the presence of a specific frequency in a Recognize spectrum and derive a switching signal from it.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile eine Anordnung zur Erkennung diskreter Frequenzen aus einem Frequenzspektrum und zur Ableitung eines Steuersignals heraus zu schaffen.The present invention is accordingly based on the object Avoidance of the disadvantages mentioned above, an arrangement for recognizing discrete frequencies from a frequency spectrum and for deriving a control signal out to accomplish.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Referenzfrequenz erzeugt und in einem ersten Zähler gezäSt; die Eingangsfrequenz, die auf das Vorhandensein der zu erkennenden Frequenz zu prüfen ist, in einem zweiten digitalen Zähler beliebigen Aufbaus gezählt, die Zählerstände in einem Koinzidenzprüfglied miteinander verglichen und das Ausgangssignal des Koinzidenzprüfgliedes auf ein Integrierglied gegeben, an dessen Ausgang ein Signal entsteht, dessen Größe proportional zu der Zahl der pro Zeit auftretenden Koinzidenzen ist.According to the invention, a reference frequency is generated for this purpose and in one first counter counted; the input frequency based on the presence of the to be detected Frequency to be checked is counted in a second digital counter of any structure, the counter readings are compared with one another in a coincidence checker and the output signal of the coincidence checking element given to an integrating element, at the output of which Signal arises, the size of which is proportional to the number of occurring per time Coincidences is.

Es kann dabei zweckmässig sein, den Ablauf des Zählers durch Programmierung zu verändern und damit eine andere scheinbare Referenzfrequenz zu erzeugen.It can be useful to program the counter sequence to change and thus to generate another apparent reference frequency.

Es kann weiterhin zweckmässig sein, wenn die Eingangsfrequenz für die Zähler durch Datenworte (serialisierte Binärinformationen) dargestellt wird.It can also be useful if the input frequency for the counter is represented by data words (serialized binary information).

Beispiele für die Ausführung und Anwendung der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigegebenen Abbildungen näher erläutert. Es zeigen: Abb. 1 Aufbauschera einer Anordnung zur Erkennung diskreter Frequenzen.Examples of the practice and use of the invention are provided below explained in more detail on the basis of the accompanying illustrations. They show: Fig. 1 structural shear an arrangement for the detection of discrete frequencies.

Abb. 2 Spannung am Ausgang des Integrators in Abhängigkeit von der Frequenz des Eingangssignals bei einer Referenzfrequenz von 43 kllz. Fig. 2 Voltage at the output of the integrator as a function of the Frequency of the input signal at a reference frequency of 43 kllz.

Abb. 3 Aufbauschema einer Anordnung mit programmver änderlichen Zähler der Referenzfrequenz. Fig. 3 Structure of an arrangement with program-changeable counters the reference frequency.

Abb. 4 Prinzip einer Schaltung zur Erzeugung von Steuersignalen in vier Steuerkanälen. Fig. 4 Principle of a circuit for generating control signals in four control channels.

Abb. 5 Spannungsverlauf an den vier Ausgängen der Frequenzdiskriminatoren Abb. 6 Aufbauschema einer Anordnung zur Erkennung von Datenworten. Fig. 5 Voltage curve at the four outputs of the frequency discriminators Fig. 6 Structure of an arrangement for recognizing data words.

Eine erfindungsgemässe Anordnung zur Erkennung einer diskreten Frequenz besteht in der Hauptsache aus zwei digitalen Zählern, einer I(oinzidenzprüfschaltung und einem Integrator.An arrangement according to the invention for recognizing a discrete frequency consists mainly of two digital counters, an I (incidence test circuit and an integrator.

In Abb. 1 ist die Verschaltung der einzelnen Baugruppen gezeigt.The interconnection of the individual assemblies is shown in Fig. 1.

Der Zähler 1 zählt die Perioden einer bekannten, z.B.The counter 1 counts the periods of a known, e.g.

einer quarz-Stabilisiert erzeugten Referenzfrequenz.a reference frequency generated in a quartz stabilized manner.

Zähler 2 zählt die Perioden der zu messenden Eingangsfrequenz, die auf das Vorliegen einer bestimmten Frequenz zu prüfen ist. Die Ausgänge der beiden Zähler 1 und 2 werden in der Koinzidenzprüfschaltung 3 verglichen. Diese gibt an ihrem Ausgang ein L-Signal ab, wenn die beiden Zählerstände übereinstimmen; ein O-Signal, wenn keine Übereinstimmung vorliegt. Die Vebindung 4 dient dazu, die Zähler in gewissen Zeitabständen zu normieren (auf Null zurückzuschalten), womit die Periode des Meßzyklus festgelegt wird.Counter 2 counts the periods of the input frequency to be measured, the is to be checked for the presence of a certain frequency. The exits of the two Counters 1 and 2 are compared in the coincidence checking circuit 3. This indicates its output emits an L signal when the two counter readings match; a O signal if there is no match. The connection 4 is used to control the counter to normalize at certain time intervals (switch back to zero), with which the period of the measuring cycle is determined.

Der Integrator 5 integriert die am Ausgang des Koinzidenzpriifgliedes 3 erscheinenden Koinzidenzimpulse über der Zeit und liefert an seinem Ausgang ein Signal, dessen Größe proportional zu der Zahl der Zählerkoinzidenzen pro Zeiteinheit ist.The integrator 5 integrates the output of the coincidence checking element 3 appearing coincidence impulses over time and delivers at its output Signal, the size of which is proportional to the number of counter coincidences per unit of time is.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist dabei folgende: Zähler 1 und 2 seien z.B. zwei vierstellige Binärzähler.The mode of operation of this arrangement is as follows: Counter 1 and 2 are e.g. two four-digit binary counters.

Wird nun der Zähler 1 mit einer Referenzfrequenz bestiniiiiter Größe beaufschlagt und der Zähler 2 mit einer zu pro enden Frequenz, die gleich der Referenzfreqenz ist, so wird die Koinzidenzschaltung 3 dauernd Koinzidenzsignale liefern. Je weiter die zu prüfende Frequenz von der Referenzfrequenz abweicht, desto seltener wird sich eine Koinzidenz der Zählerstände einstellen. Das Gleichspannungssignal am Ausgang des Integrators 5 wird demzufolge bei Übereinstimmung der Eingangs frequenz an Zähler 2 und der Referenzfrequenz an Zähler 1 seinen Maximalwert haben und mit stärker werdender Abweichung der Frequenzen kleiner werden und bis gegen den Wert 0 gehen.If the counter is now 1 with a reference frequency of a certain size applied and the counter 2 with a frequency to end that is equal to the reference frequency is, so the coincidence circuit 3 becomes coincidence signals continuously deliver. The further the frequency to be tested deviates from the reference frequency, the more a coincidence of the meter readings will occur less frequently. The DC voltage signal at the output of the integrator 5 is consequently when the input frequency matches at counter 2 and the reference frequency at counter 1 have their maximum value and with as the deviation of the frequencies becomes greater, they become smaller and up to the value 0 go.

Abb. 2 zeigt den Spannungsverlauf am Ausgang des Integrators 5 in Abhängigkeit von der Eingangs frequenz bei einer Referenzfrequenz von 43 Miz, Im vorstehenden Beispiel war vorausgesetzt, die Zähler 1 und 2 seien zwei vierstellige Binärzähler. Je größer die Anzahl der verglichenen Zählerstellen ist, desto schärfer ausgeprägt wird das Maximum der Koinzidenzkurve sein und damit auch die Trennschärfe der Anordnung für eine bestimmte Frequenz.Fig. 2 shows the voltage curve at the output of the integrator 5 in Dependence on the input frequency at a reference frequency of 43 Miz, Im The previous example was based on the assumption that counters 1 and 2 were two four-digit numbers Binary counter. The greater the number of compared counter digits, the sharper the maximum of the coincidence curve will be pronounced and thus also the selectivity the arrangement for a given frequency.

Wesentlich ist, daß die Genauigkeit der Frequnzerkennung durch evtl. im Eingangssignal des ZählerS2 enthaltene Störimpulse nicht beeinträchtigt wird.It is essential that the accuracy of the frequency detection is interference pulses contained in the input signal of the counter S2 are not impaired.

Zunächst einmal werden solche Störimpulse so lange völlig unterdrückt, als sie nicht in der Lage sind, den Ansprechpegel des Zählers 2, der evtl. noch einstellbar sein kann, zu überschreiten.First of all, such interference pulses are completely suppressed as long as when they are not able to set the response level of counter 2, which may still be can be adjustable to exceed.

Selbst wenn jedoch Störimpulse den Zähler 2 ansteuern, verhindern sie nicht die Erkennung einer bestimmten Frequenz. Sporadisch auftretende Störimpulse werden wegen ihrer statistischen Verteilung ebenso oft zur Erzeugung von unrichtigen Koinzidenzsignalen führen, wie sie richtige Koinzidenzsignale verhindern. Störsignale können also bei Anliegen einer Frequenz, die nicht der zu erkennenden Frequenz entspricht, zu einer unrichtig großen Koinzidenzrate führen, ebenso wie sie bei Anliegen der zu erkennenden Frequenz am Zähler 2 zu einer unrichtig kleinen Koinzidenzrate führen können. Sie bewirken damit lediglich, daß die Koinzidenzkurve proportional zur Anzahl der Störimpulse flacher wird, verhindern jedoch nicht die sichere Frequenzerkennung. Sie verschieben insbesondere nicht das Maximum der Koinzidenzkurve auf der Abszisse.However, even if interference pulses control counter 2, prevent this they don't detect a specific frequency. Intermittent glitches are just as often used to generate incorrect ones because of their statistical distribution Coincidence signals lead like them prevent correct coincidence signals. Interfering signals can therefore occur when a frequency is applied that is not the one to be recognized Frequency, lead to an incorrectly large coincidence rate, as well as when the frequency to be recognized is applied to the counter 2, it becomes an incorrectly small one Coincidence rate can lead. You only cause the coincidence curve proportional to the number of glitches becomes flatter, but do not prevent the safe frequency detection. In particular, they do not shift the maximum of the coincidence curve on the abscissa.

Für das Steuersignal am Ausgang des Integrators 5 hat das Auftreten von Störimpulsen nur zur Folge, daß der Signalhub kleiner wird.For the control signal at the output of the integrator 5, the occurrence of interference pulses only has the consequence that the signal swing becomes smaller.

Es kann zweckmässig sein, die Referenzfrequenz zu verändern und hierzu eine vorgegebene konstante Frequenz zu untersetzen bzw. den für die Referenzfrequenz verwendeten Zähler durch Programmierung im Zählablauf so zu ändern, daß sich eine andere scheinbare Referenzfrequenz ergibt Hierzu wird z.B. ein bestimmter Zählerstand dekodiert und dazu verwendet, den Zähler 1 selbst an dem Eingang 9a neu voreinzustellen und gleichzeitig den Zähler 2 für das Eingangssignal zu normieren. In Abb. 3 ist ein entsprechendes Ausführungsbeispiel gezeigt.It can be useful to change the reference frequency and to do this to step down a given constant frequency or that for the reference frequency to change the counter used by programming in the counting sequence so that a Another apparent reference frequency results decoded and used to reset the counter 1 itself at the input 9a and at the same time to normalize counter 2 for the input signal. In Fig. 3 is a corresponding embodiment is shown.

Der Zähler 2 für die zu prüfende Eigangsfrequenz besitzt einen Eingang 9, an dem er durch Anlegen eines L-Signals auf Null zurückgestellt werden kann.The counter 2 for the input frequency to be tested has an input 9, at which it can be reset to zero by applying an L signal.

Die Ausgänge 7 der verschiedenen Zählerstellen des Zählers 1 der Referenzfrequenz werden mit dem stein 6 verbunden, welcher aus dem Anliegen einer bestimmten Kombination an den Ausgängen 7 ein Steuersignal in Leitung 8 entsendet, das dem Eingang 9 des Zählers 2 zugeleitet wird.The outputs 7 of the various counter positions of the counter 1 of the reference frequency are connected to stone 6, which is based on a specific combination at the outputs 7 a control signal is sent in line 8, which the input 9 of the Counter 2 is fed.

Durch das Anlegen eines Steuersignals an den Progr-mierungseingang D des Zählers 1 kann dieser von der Betriebsart "binär zählen" auf einen anderen Zählmodus, z.B. dezimal zählend prograrmiert werden und damit auf die scheinbare Referenzfrequenz uMgeschaltet werden.By applying a control signal to the programming input D of the counter 1, this can be switched from the "binary counting" mode to another Counting mode, e.g. decimal counting, can be programmed and thus on the apparent Reference frequency can be switched over.

Wie die bisher beschriebenen Schaltungen zur Ableitung von Steuersignalen bei Vorliegen einer bestimmten Frequenz zu verwenden sind, ist nachfolgend zu beschreiben. Als praktische Anwendungsfälle können dabei gedacht werden Funkferns teuerungen, Ultraschall-Fernbedienungen oder Aufgaben der Telemetrie.Like the circuits described so far for deriving control signals are to be used when a certain frequency is present, is to be described below. Radio remote controls can be thought of as practical applications, Ultrasonic remote controls or telemetry tasks.

Abb. 4 zeigt eine erfindungsgemässe Ausführung einer Schaltung zur Erzeugung von Steuersignalen in vier Steuerkanälen 13. Die konstante Referenzfrequenz wird zunächst auf den Eingang eines Untersetzers 11 gegeben und an dessen Ausgängen, ueweils um einen bestimmten Faktor untersetzt, wieder als Referenzfrequenz für die Frequenzdiskriminatoren 12 abgegeben. Jeder der Freqeunzdiskriminatoren 12 enthält eine Schaltung entsprechend Abb. 1.Fig. 4 shows an inventive embodiment of a circuit for Generation of control signals in four control channels 13. The constant reference frequency is first given to the input of a reducer 11 and at its outputs, each stepped down by a certain factor, again as a reference frequency for the Frequency discriminators 12 issued. Each of the frequency discriminators 12 contains a circuit according to Fig. 1.

Die zu prüfende Eingangsfrequenz wird den zweiten Eingang jedes der Frequenzdiskrininatoren 12 zugeleitet,.The input frequency under test becomes the second input of each of the Frequency discriminators 12 fed.

Abb. 5 zeigt die Spannungsverläufe an den vier Ausgängen 13 der Frequenzdiskriminatoren 12* Für jeden Ausgangskanal 13 entsteht bei einer bestimmten Frequenz ein Steuersignal. Bei den in Abb. 5 dargestellten Meßkurven sind wiederum Zähler mit vier Steilen verwendet. Wie bereits ausgeführt, läßt sich die Trennschärfe zwischen den einzelnen Kanälen durch den Einsatz von Zählern mit mehr Stellen verbessern.Fig. 5 shows the voltage curves at the four outputs 13 of the frequency discriminators 12 * A control signal is generated for each output channel 13 at a certain frequency. The measurement curves shown in Fig. 5 again have counters with four positions used. As already stated, the sharpness of distinction between the individual Improve channels by using counters with more digits.

Für die erfindungsgemässe Anordnung ist es unwesentlich, in welchem Code die eingesetzten Zähler arbeiten. For the arrangement according to the invention it is unimportant in which Code the counters used are working.

Gegenüber einer herkömmlichen Frequeflzdiskriminierung mit einem Resonanzkreis aus Spulen und Kondensatoren, wie einleitend erwähnt, bietet die vorgeschlagene Anordnung wesentliche Vorteile, nämlich insbesondere gute Frequenzkonstanz für sämtliche Steuerkanäle, da die Referenzfrequenzen für alle Kanäle von einer, z.B. quarzstabilisierten, Grundfrequenz durch digitale Untersetzung gewonnen werden. Compared to conventional frequency discrimination with a The proposed resonance circuit made up of coils and capacitors, as mentioned in the introduction, offers Arrangement significant advantages, namely in particular good frequency constancy for all Control channels, since the reference frequencies for all channels are controlled by one, e.g. crystal-stabilized, Base frequency can be obtained by digital reduction.

Hinzu kommt die sichere und leichte Einstellbarkeit der Referenzfrequenzen durch die einmalige Wahl des.Untersetzungsverhältnisses. In addition, there is the safe and easy adjustability of the reference frequencies through the one-time choice of the reduction ratio.

Ein weiterer Vorteil ist die Integrierbarkeit der gesamten Schaltung in monolithischer Technik, da keinerlei Reaktanzen zum Einsatz kommen. Weiter ist zu erwähnen die Unempfindlichkeit gegen evtl. in dem Eingangssignal vorhandene Störimpulse, wie dies bereits weiter oben erläutert wurde. Schließlich ist die Schaltung gegen Temperaturschwankungen unempfindlich und es kann kein Wandern der Kanäle gegeneinander auftreten. Another advantage is that the entire circuit can be integrated in monolithic technology, since no reactances are used. Next is to mention the insensitivity to interference pulses that may be present in the input signal, as already explained above. After all, the circuit is against Temperature fluctuations insensitive and there can be no migration of the channels against each other appear.

Analog zur Erkennung von Frequenzen ist es möglich, Datenwörter mit binärer Information zu vergleichen. Eine entsprechende Schaltungsanordnung ist in Abb. 6 dargestellt. Analogous to the detection of frequencies, it is possible to use data words with to compare binary information. A corresponding circuit arrangement is shown in Fig. 6 shown.

Das Schieberegister 14 enthält ein Datenwort, zu dem ähnliche Datenworte durch Korrelation gefunden werden sollen. The shift register 14 contains a data word to which similar data words should be found by correlation.

Die zu vergleichenden Datenworte werden über die Datenleitung 16 in das Schieberegister 15 übernommen, und zwar im Takt mit einem Taktleitung 17 anstehenden Signal.The data words to be compared are transmitted via the data line 16 in the shift register 15 taken over, in time with a clock line 17 pending Signal.

Während des Neßvorgangs wird das Vergleichswort über die Ringleitung 18 mit einem in der Taktleitung 19 vorhandenen Taktimpuls im Kreis geschoben. Gleichzeitig wird die Information im Schieberegister 15 mit dem Takt aus Leitung 19 serialisiert. Die seriellen Pulsfolgen am Ausgang von Schieberegistern 14 und 15 werden in den beiden Zählern 1 und 2 gezählt und die auftretenden Koinzidenzen dieser Zähler im Koinzidenzprüfglied 3 festgestellt.During the measuring process, the comparison word is transmitted via the ring line 18 pushed in a circle with a clock pulse present in the clock line 19. Simultaneously the information in shift register 15 is serialized with the clock from line 19. The serial pulse trains at the output of shift registers 14 and 15 are in the both counters 1 and 2 are counted and the occurring coincidences of these counters in Coincidence checker 3 detected.

Je nach dem Grad der Übereinstimmung zwischen den beiden Datenworten (d.h. der Häufigkeit der Koinzidenzen) ergeben sich am Ausgang des Integrators 5 verschiedene Signalpegel. Von einem bestimmten Pegel ab kann ein Datenwort als erkannt gelten.Depending on the degree of correspondence between the two data words (i.e. the frequency of the coincidences) result at the output of the integrator 5 different signal levels. From a certain level onwards, a data word can be recognized as are valid.

Die vorliegend beschriebene Datenworterkennung kann z.B.The data word recognition described here can e.g.

eingesetzt werden bei der Übertragung von Daten bei starkem Rauschpegel in der Telemetrie. Ein gesichertes Datenwort wird im Schieberegister gespeichert und jeweils beim Empfang eines neuen Datenwortes als 1?referenz benutzt, um zu einer Aussage über die ahrscheinlichkeit der Richtigkeit zu kommen.are used for the transmission of data when there is a high level of noise in telemetry. A saved data word is stored in the shift register and each time a new data word is received it is used as a 1? reference to lead to a Statement about the probability of correctness to come.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E

1. Arrangement for the detection of discrete frequencies 1 d a d u r c h g e k e n n z o i ch n e t that a reference frequency and the input frequency to be recognized counted in digital counters (11 2), the counter readings in a coincidence checking element (3) compared with each other and the output signals of the coincidence checking element (3) to an integrator (5), at the output of which a signal is generated, whose size is proportional to the number of occurring coincidences.

2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the sequence of the counter to reach another apparent reference frequency is changed by programming.

3 Application of the arrangement according to claims i and 2 for controlling several Channels that are made from a reference frequency Several sub-reference frequencies are obtained in a reduction element (11), that of a corresponding number of frequency discriminators constructed according to claim i (12), the other input of which with the input frequency to be tested are acted upon and the s (13) of the frequency discriminators (12) the control channels represent.

4. Application of the arrangement according to claims 1 and 2 for the detection of Data words, d a d u r c h g e k e g n 1 s i c h n e t d as Input frequency serialized data words are used for the counters (1, 2) in shift registers (14, 15), L. e e r e i t e