DE2317569A1 - Schaltung zum vergleich analoger signale - Google Patents
Schaltung zum vergleich analoger signaleInfo
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Description
Schaltung zum Vergleich analoger Signale
DieErfindung betrifft eine Schaltung zum Vergleich zweier analoger Signale, die zwei Gleichrichtungs- und Hlättungs-.
schaltungen aufweist, in denen die ihrem Eingang zugeführten analogen Signale gleichgerichtet und geglättet und von denen
sie an einen nachgeschalteten Vergleicher abgegeben werden, dessen Ausgang von der Differenz der Absolutwerte der Ausgangsspannungen
der Gleichrichtungs- und HlMttungschaltungen abhängt. Derartige Schaltungen finden beispielsweise zum
Vergleich der Pegel von zwei Audiosignalen in solchen Geräteeinheiten Anwendung, die von den Audiosignalen betätigte
Schalter enthalten, also z.B. in Gegensorechtelephonen oder Echo-Unterdrückern.
Eine bekannte Schaltung zum Vergleich analoger Signale ist in Fig. 1 dargestellt. Sie weist zwei Gleichrichtungs- und
Glättungsschaltungen 101 und 102, sowie einen Vergleicher
103 auf. Die Ausgange der beiden Gleichrichtungs- und Glättungsschaltungen
sind mit entgegen gesetzter Polarität in Reihe geschaltet, so daß die Differenz der an den Eingängen der Gleich-
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richtungs- und Glättungsschaltungen vorhandenen Eingar.gs-
spannungen gebildet wird. Tie Differenzsnannunp· wird von dem
Vergleicher mit einer Verrlcichspnannunfr verglichen.
Die Schaltung nach Fir;, ΐηϊ,αΐτ.ΐ einer. Vergleich der- Pegel vor,
in dem sie feststellt, ob sich die Au3>
<:angsspanriungen Eri und
En„ der beiden Gleichrichtung"- und Gl'it cungssehaltunpen 101
bzw, 102 in einem Bereich befinden, der· größer oder kleiner ist
als die Grenze, die durch die folgende Gleichung (1) gegeben
ist:
E01 = E02 + rR. (i)
Dabei ist ER die Auflösung der: Vergleichers 103« Tn anderen
Worten: Die Beziehung 1" > - - ., v*ir>d danach beurteilt, ob
E01 > E02 + ER ist, w"hren·:: dir Beziehung EQ;,
< EQ;? dancoh
beurteilt wird, ob En. = 1" + E, ist. Die Beziehungen sinü
graphisch in Fi&. 2(a) dar.""ei: teilt t in der; gestrichelten Bereich
ist En1 ungefähr gleich Ero oder die Differenz zwischen
E01 und E__ unbestimpit Tn der Zeichnunfx v.'ird dieser Bereich
als in den Bereich E„.<
E^0 liegend envenommen. Zur Beurteilung
der Grenze zwischen der, Bereichen wire lediglich die Gleichung.
(1) betrachtet.
Diese Grenze kann in Dezibel-Werten ausgedrückt Vierden; dies
ist in Fig. 2(b) dargestellt. Geht man davon aus, daß 20 log10 E01 = L1, 20 log10 EQ2 = L3 1 und 20 10H30 ER = LR ist,
dann kann die Gleichung (1) in Dezibel-VJerten wie folfft
geschrieben werden:
E
L = L0 + 20 log. n (1+ rr„ ,. ) (2)
In Gleichung (2) geht das zweite Glied auf der rechten Seite,
gegen Null, wenn EQ2 zunimmt (oder L„ zunimmt). So gilt in
dem Bereich E02^ ER di"e Beziehung L1 »^ L.. Diese Bedingung
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wird durch die gerade Linie im Bereich der Signale mit hohem
Pegel in Fig. 2(b) wiedergegeben. Wird jedoch FQ so klein,
daß es ungefähr gleich ER ist, dann wird die Gleichung (2)
zu L1 *** L„ + 6. Ist Fn- = 0 ,dann wird in diesen Extremfall
Em = Ep oder L1 = Lp.
Ul K IK
Die bekannte Schaltungnach Fig. 1 ist also durch folgende
Beziehungen gekennzeichnet, die in Fig. ? (b) dargestellt sind und die wie folgt zusammengefaßt werden können:
(1) L1 = LR, wenn L0 = -oo (kein Eingang);
(2) L1 = L0 + 6, wenn L0 = LR; und
xz. ζ κ
(3) L1 « L0 , wenn L0 Ä L_,.
In Geräten, die Schalter oder ähnliches aufweisen; welche von Audio-Signalen angesteuert bzw. betätigt werden, sollte die
Beruteilung der Beziehungen zwischen den einzelnen Pegeln der Ausgangsspannungen so genau wie möglich sein. Daher sollte die
Kennlinie der Beurteilungsgrenze so linear wie möglich sein; sie sollte also so verlaufen, wie das durch die gestrichelte Linie
201 in Fig. 2(b) angezeigt ist. Nun kann man eine höhere Linearität durch Minimalisierung der Auflösung des Vergleichers
erreichen. Je kleiner jedoch die Auflösung des Vergleichers ist, desto kleiner wird auf der anderen Seite der Wert L_ in FIg.2.
Das bedeutet, daß der Vergleicher schon bei einem Eingangssignal sehr geringen Pegels anspricht und einen Schaltvorgang auslöst.
Damit nimmt aber die Möglichkeit von Fehlfunktionen infolge unerwünschter Signalkomponenten, (z.B. Rauschen)., die unvermeidbar
an den Eingang gelangen, zu.
Um dieses Problem zu lösen muß man also einen bestimmten Pegel geringster Ansprechempfindlichkeit, d.h. einen Schwellwert
festsetzen, bei dem der Vergleicher normal arbeitet. Das Symbol Llfp in Fig. 2(b) bezeichnet beispielsweise einen solchen Schwell
wert, der notwendigerweise durch LR bestimmt ist.
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Schaltungen zum Vergleich analoger Signale werden sehr häufig in Geräten verwendet, in denen von einem Sprachsignal betriebene
Schalter vorgesehen sind, die z.B. Echo-Unterdrücker oder Gegensprechtelephone usw. schalten. Es werden dann die
Pegel der Sprachsignale in beiden"Übertragungsleitungen, d.h.
in der Sendeleitunp: und in der Empfangs leitung verglichen.
Bei der beschriebenen Schaltung nach dem Stande der Technik wird L1 (z.B. der Pegel auf der Sendeseite) vonL? (z.B. dem
Pegel auf der Empfangsseite^ein Maximum von 6 dB in Nähe des Schwellwertes (L^ = L nach Fig. 2(b)) verringert. Das bedeutet,
daß dieEmpfindlichkeit hinsichtlich des eine Umschaltung solcher Schalter bewirkenden Sendesignals entsprechend reduziert
wird.
Diese Eigenschaft der Schaltungen nach den Stande der Technik
führt erhöht zu der J'öglichkeit einer Verstümmelung der Sprache,
insbesondere durch Verstümmelung des Anfangsteils eines Umschaltvorganges. Uie bekannt, hat ein Sprachsignal für die
Dauer von mehreren Millisekunden bis mehreren zehn Millisekunden am Anfang einen Konsonantenteil; die Energie dieses Konsonantenteiles
ist sehr klein im Vergleich zu den Vokalteilen des Sprachsignals. Auf der anderen Seite ist jedoch dieser Konsonantenteil
zu einem sehr großen Teil für die Verständlichkeit der Artikulation der Sprache bestimmend. Deshalb führt eine
Verstümmelung des Konsonantenteiles des Sprachsignals auch zu einer sehr starken Beeinträchtigung der Artikulation der
Sprache. Daher ist es äußerst wichtig,daß die Empfindlichkeit
der Einschaltung nicht unnötig herabgesetzt wird, sofern mit ihr sprachsignalbetriebehe Schalter eingeschaltet v?erden sollen.
Nur so kann angesichts der subjektiven Auswertung wiedergegebener Sprache eine hohe Obertragungsaualität erreicht v/erden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung zum Vergleich analoger Signale zu schaffen,die eine lineare Beurteilungskennlinie innerhalb eines vorbestimmten Pegelbereiches aufweist,
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und deren Schaltschwellwert unabhängig von der Auflösung
des Vergleichers festsetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daP>
parallel zu den Ausgangsklemmen zumindest eines der beiden Gleichrichtungs- un
Glättungsschaltungen eine Reihenschaltung eines Gleichrichters
mit einer Oleichspannungsquelle geschaltet ist und daß die Spannung der Gleichspannungsquelle holier als die Spannung ist,
die durch die Mindestauflösung des Vergleichers bestimmt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der
Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 4 ein Diagramm mit der Kennlinie des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 3;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 und 8 Diagramme mit den Kennlin ien des Ausführungsbeispiels
nach Fig. F;
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels, das eine Modifikation desjenigen nach Fig.6ist.
Die Schaltung nach Fig. 3 weist Eingangsklemmen 300 und 301'
für eine erste Gleichriehtungs- und Glättungsschaltung 311 (im folgenden wird der Einfachheit halber lediglich von Gleichrichtungsschaltung
gesprochen) auf; die Ausgangsklemmen dieser ersten Qaichrichtungsschaltung 311 sind mit 302 und 302'
bezeichnet, wobei die Ausgangsklemme 302 positiv und die Ausgangsklcmme
302' negativ ist. Die Rezugszeichen 303 und 303'
bezeichnen die F-ingangskleininen einer zweiten Gleichrichtungsschiütunp
312. Sie entsprechenden Eingangskleir.men 301 und 301'
der Oleichrichtungsschaltung 311. Entsprechend sind die
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·· f\ —
Gleichrichtungsschaltungen 311 bzw. 312 mit Ausgangsklemmen 304 und 304' bzw. 302 und 302' versehen. Bei der Gleichrichtungsschaltung
312 ist die Ausgangsklemme 304 negativ und die Ausgangsklemme 304' positiv. Die Symbole En^ und Eno bezeichnen
die Ausgangsspannungen der GIe:chrichtungsschaltunren 311 und
312; die eingezeichneten Pfeile zeigen die Polarität an. Mit 314 ist eine Gleichspannun^squelle und nit Fr ihre Spannung bezeichnet,
wobei der Pfeil die Polarität dieser Spannung anzeigt. Das Bezugszeichen 315 bezeichnet einen Gleichrichter. 305 und
305' sind Eingangsküemrien des Vergleichers 313, 307 und 307"
die Ausgangsklemmen des Vergleichers. Mit 30P ist eine Anschlußklemme
des Vergleichers 313 bezeichnet, die zusammen mit gleichen Anschlußklemmen der anderen Schaltungsteile geerdet ist. Der Vergleicher
313 funktioniert derart, daß, wenn die Summe der seinen Eingangsklemmen 305 und 30r.f zugeführten Spannungen
einen bestimmten vorgegebenen V.'ert überschreitet , die Spannung
an seiner Ausgangsklemme 30? einen fast konstanten Wert Ep annimmt und daß, wenn die Su:nne der genannten Spannungen innerhalb
des durch diesen vorgegebenen Spannungswert beistimmten Bereiches liegt, die Spannung an der Auspiangsklemirie 307 nahezu
null ist. Solche Verp.leieher kennen als Gleichspannungsverstärker
ausgebildet sein, die die Differenz von zwei ihnen zugeführten Spannungen verstärken. Es handelt sich dabei urc so?. Operationsverstärker.
Mach Fig. 3 ist die Summe der an den Eingangs klemmen
305 und 305' anliegenden Spannungen die Eingangsspannung des Gleichstrom-Differenz-Verstärkers 313. Die Eingangsspannung
hängt von ΕΛ1, -E und -E ab, wobei Eno und Ep gegenüber E
negativ sind, deren Polarität als Bezug dient. In Fi.r. 3 ist
angezeigt, daß angenommen wird, daß die an den KJer.men 304 und
304* der r,leichr:ichterschaltung 312 anliegenden Spannung
JE Jkleiner als |r. | ist. Ist dies der Fall, dann wird dnr huv,-rang
der Gleichrichtungsschalt·-:;^ 312 von der Sr-anuun-souol le
314 blockiert. Die Folge ist, daiV lediglich die Sronnunr -Γρ
— 7 —
3098Λ1 /052Λ
an der Klemme 305' erscheint. Ist jedoch \E~_I größer als
)Ep| , dann wird die Spannungsquelle 314 blockiert und es erscheint
an der Eingangsklemme 305' des Vergleichers 314 lediglich dJe Spannung "^q^,· Diese Funktionsweise kann auch wie folgt
ausgedrückt werden:
(1) Wenn |eq?[<
|Eß|,
nimmt Ep einen hohen Pegel ein, sofern
E01 - EB - ER
>°' Und
nimmt Ep einen niedrigen Pegel ein, sofern
E01 - EB - ER<° isti
(?) Wenn |EO2I
> |"EB\.
nimmt E^ eben hohen Pegel ein, sofern
E01 - E02 - ER>°' Und
nimmt Ep einen niedrigen Pegel ein, sofern
E01 * E02 - ER
< ° ist·
Die Auflösung ED des Vergleichers kann im Vergleich mit den
Vierten EQ1 , EQ2 und E hinreichend reduziert werden. Es gelten
dann folgende Beziehungen:
(1) Wenn | EQ?| <
nimmt Ep einen hohen Pegel ein, sofern EQ.^ E ist, und
(2) wenn|E02|
> | Eß |,
nimmt Ep einen hohen Pegel ein, sofern E_.>
En?'
Fig. 4 zeigt die Kennlinie der Schaltung nach Fig. 3. Soweit
dieselben Symbole wie in Fig. 2 verwendet werden, haben sie auch dieselbe Bedeutung. Die durchgezogene Linie b ist die Kennlinie.
Die {»estrich elte Linie a zeigt die Kennlinie derselben Schaltung mit der Ausnahme, daß die Spannungsquelle 314 und der
Gleichrichter 315 weggelassen werden. In der Schaltung nach
dem Stande der Technik betrug die Abweichung der Kennlinie von
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ihrem idealen Verlauf (L1 = L_) in dem Bereich inNähe von
L. = L1T ungefähr 6 dB. Gemäß vorliegender Erfindung kann
sie in demselben Bereich auf einen so geringen Wert wie dB oder noch geringer gehalten werden.
Fig. 5 zeigt ein weitensAusführungsbeispiel. Dabei werden dieselben
Schalteinheiten wie bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 3 verwendet. Die Bezugszeichen 501, 501', 502, 502', usw. bezeichnen dieselben Schalteinheiten wie die Bezugszeichen
301, 301', 302, 302', usw. in Fig. 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel
spricht der Vergleicher 513 auf die Differenz zwischen den Gleichsspannungen an, die an seinen Eingangsklemmen
und 505' anliegen. Daher sind die Polaritäten der Spannungen Eq2 ur>d Eg, sowie die Anordnung des Gleichrichters 515 von
derjenigen nach Fig. 3 verschieden. Die Kennlinie dieser Schaltung ist identisch mit derjenigen nach Fig. 4. Die im Vorhergehenden
beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden Gleichrichterund Glättungsschaltungen. Anstatt dessen können jedoch auch andere
Schaltungen verwendet werden, die am Ausgang eine Spannung von nur einer bestimmten Polarität abgeben, d.h. Verstärker mit
Gleichrichtern in ihrem Aüsgangskreis. Anstelle des Vergleichers
können auch andere Schaltungen verwendet werden, in denen die Überschreitung eines bestimmten Schwellwertes eine Entscheidung
hinsichtlich des im Ausgangskreia abgegebenen Signals auslöst (z.B. sog. Schmitt-Trigger).
Die Schaltungen gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen stellen die Beziehungen L.
< L« und L1.
> L? fest. Das im folgenden anhand von Fig. 6 zu beschreibende weitere Ausführungsbeispiel ist
darüber hinaus noch in der Lage, die Beziehung L. *5S L festzustellen.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 entsprechen die mit den Bezugszeichen 601, 601', 603 und 603', usw. bezeichneten Teile mit 301,
301', 303, 303' usw. bezeichneten Teilen in Fig. 3. Unterschiedlich
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von der Ausbildung des Vergleichers 313 in Fig. 3 weist jedoch der
Vergleicher nach Fig. 6 drei Ausgangsklemmen 607, 607f und 607"
auf. Ist L1^ 1·«» dann erscheint ein Ausgangssignal auf der
Ausgangsklemme 60?; ist L1<
L^, dann erscheint ein Ausgangssignal an Klemme 607'; ist L^ ^>
L2, dann erscheint das Ausgangsa.n
Ausgangsklemme 607". Das wird mit Hilfe eines Analogverstärkers.
A und zwei Schaltkreisen TH-I und TH-2 erreicht, die jeweils
ein Ausgangssignal abgeben, wenn das ihnen zugeführte Eingangssignal
einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Die Ausgänge dieser beiden Schaltungen TH-I und TH-2 sind über ein NAND-Verknüpfungsglied
G miteinander verknüpft. Am Ausgang des Analogverstärkers A erscheint eine Analogspannung, die dem Unterschied
der Ausgänge der Gleichrichtungsschaltungen 611 und 612 entspricht. Die Schaltungen TH-I und TH-2 geben Ausgangssignale
ab, deren Pegel sich entsprechend dem Bereich, in dem sich die erwähnten analogen Spannungswerte verändern, ebenfalls verändert
und entsprechend hoch bzw. niedri · sein kann. Die Kennlinien sind in Fig. 7 dargestellt.
In Fig. 7 bezeichnet das Symbol Elp eine Eingangsspannung, die
dazu führt, daß der Ausgang des Verstärkers A positiv gesättigt wird. E^n bezeichnet eine Eingangsspannung»die bewirkt, daß
der Ausgang negativ gesättigt wirdj dabei sind EQp und EQ„
die bei Sättigung am Ausgang des Verstärkers A erscheinenden Ausgangsspannungen. E-^ bezeichnet die Schwellwerspannung der
Schaltung TH-I und ET2 die die Schwellwertspannung der Schaltung
TH-I ein Ausgangssignal abgibt, wenn E71
< EQ ^ EQp (dabei ist
E0 der Ausgang des Verstärkers A) ist, während die Schaltung
TH-2 ein Ausgangssignal abgibt, wenn EQN ? EQ<
E™, ist. Die Schaltung dieses Ausführungsbeispiels gibt also in Abhängigkeit
der Eingangssignale die in der fügenden Tabelle dargestellten Ausgangssignale ab:
- 10 -
309141/0624
Ausgangssignal | Beziehung zwischen denPegeln am Eingang | Ll~ L2 | L1<L2 |
An Ausgangsklemme 607 An Auagangsklemme 607" An Ausgangsklemme 607' |
La>L2 | niedriger Pegel hoher Pegel niedriger Pegel |
niedriger Pegel niedriger Pegel hoher Pegel |
hoher Pegel niedriger Pegel niedriger Pegel |
Fig. 8 zeigt die Kennlinie der Schaltung nach Fig. 6. Der gekrümmte
Teil der Kennlinie nahe des Schnittpunktes von L^T und L_T ergibt
sich aus der Tatsache, daß die Auflösung des Vergleichers 613 tatsächlich nicht vollständig gleich null ist.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Bezugszeichen 901, 901', usw. entsprechend den Bezugszeichen 601 und 601', usw.
in Fig. 6. Die Kennlinie der Schaltung ist gleich der nach Fig. 8. Der Unterschied liegt in der Polarität der Spannungen E»» .und E_.
Aus den Erläuterungen geht hervor, daß die beschriebene Schaltung
in der Lage ist, die Beziehung zwischen den Pegeln zweier Eingangssignale extrem genau festzustellen und es dabei gleichzeitig erlaubt
einen bestimmten Schwellwert (z.B. L1T nach Fig. 2) unabhängig
von der Auflösung des Vergleichers einzustellen.
Patentanspruch:
309841/0524
Claims (1)
- PatentanspruchSchaltung zum Vergleich zweier analoger Signale, die zwei Gleichrichtungs- und Glättungsnchaltungen aufweist, in denen die ihrem Eingang zugefiihrten analogen Signale gleichgerichtet und geglättet und von denen sie an einen nachgeschalteten Vergleicher abgegeben werden, dessen Ausgang von der Differenz der Absolutwerte der Ausgangsspannungen der Gleichrichtungs- und 01ättungsr>chaltungen abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß üarallel zu den Ausganssklemmen (3OU, 304') zumindest eines der beiden Gleichrichtungs- und Glättungsschaltungen (312) eine Reihenschaltung eines Gleichrichters (315) mit einer Gleichsnannungsquelle (314) geschaltet · ist und daß die Spannung (En) der Gleichspannungsauelle (314) höher als die Spannung (ER) ist, die durch die Mindestauflösung des Vergleichers (313) bestimmt ist.309841/0524Le e rs e ι te
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