DE2317569A1 - Schaltung zum vergleich analoger signale - Google Patents

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 E_ri und E_n„ 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 = E_{02 +} r_R. (i)

Dabei ist E_R die Auflösung der: Vergleichers 103« Tn anderen Worten: Die Beziehung 1" > - - ., v*ir>d danach beurteilt, ob

E₀₁ > E₀₂ + E_R ist, w"hren·:: dir Beziehung E_Q;, < E_Q;? dancoh beurteilt wird, ob E_n. = 1" + E, ist. Die Beziehungen sinü graphisch in Fi&. 2(a) dar.""eⁱ: teilt t in der; gestrichelten Bereich ist E_n1 ungefähr gleich E_ro 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 E_Q2 = L₃ ¹ und 20 10H₃₀ E_R = L_R 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 E_Q2 zunimmt (oder L„ zunimmt). So gilt in dem Bereich E₀2^ ^ER ^di"^{e Bez}i^ehung 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 F_Q so klein, daß es ungefähr gleich E_R ist, dann wird die Gleichung (2) zu L₁ *** L„ + 6. Ist F_n- = 0 ,dann wird in diesen Extremfall E_m = Ep oder L₁ = L_p.

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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 = L_R, wenn L₀ = -oo (kein Eingang);

(2) L₁ = L₀ + 6, wenn L₀ = L_R; 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 L_lfp in Fig. 2(b) bezeichnet beispielsweise einen solchen Schwell wert, der notwendigerweise durch L_R 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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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 E_n^ und E_no bezeichnen die Ausgangsspannungen der GIe:chrichtungsschaltunren 311 und 312; die eingezeichneten Pfeile zeigen die Polarität an. Mit 314 ist eine Gleichspannun^squelle und nit F_r 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 30^r.^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 Ε_Λ1, -E und -E ab, wobei E_no und E_p 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:ichter}schaltung 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 -Γ_ρ

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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 |e_q?[< |E_ß|,

nimmt Ep einen hohen Pegel ein, sofern ^E01 - ^EB - ^ER >°' ^Und

nimmt Ep einen niedrigen Pegel ein, sofern ^E01 - ^EB - ^ER<° ^isti

(?) Wenn |E_O2I > |"E_B\.

nimmt E^ eben hohen Pegel ein, sofern ^E01 - ^E02 - ^ER>°' ^Und

nimmt E_p einen niedrigen Pegel ein, sofern ^E01 * ^E02 - ^ER < ° ^ist·

Die Auflösung E_D des Vergleichers kann im Vergleich mit den

Vierten E_Q1 , E_Q2 und E hinreichend reduziert werden. Es gelten dann folgende Beziehungen:

(1) Wenn | E_Q?| <

nimmt E_p einen hohen Pegel ein, sofern E_Q.^ E ist, und

(2) wenn|E₀₂| > | E_ß |,

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. = L_1T 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, 607^f 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 E_lp 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 E_Qp und E_Q„ die bei Sättigung am Ausgang des Verstärkers A erscheinenden Ausgangsspannungen. E-^ bezeichnet die Schwellwerspannung der Schaltung TH-I und E_T2 die die Schwellwertspannung der Schaltung TH-I ein Ausgangssignal abgibt, wenn E₇₁ < E_Q ^ E_Qp (dabei ist E₀ der Ausgang des Verstärkers A) ist, während die Schaltung TH-2 ein Ausgangssignal abgibt, wenn E_QN ? E_Q< E™, ist. Die Schaltung dieses Ausführungsbeispiels gibt also in Abhängigkeit der Eingangssignale die in der fügenden Tabelle dargestellten Ausgangssignale ab:

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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. L_1T nach Fig. 2) unabhängig von der Auflösung des Vergleichers einzustellen.

Patentanspruch:

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Schaltung 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 (E_n) der Gleichspannungsauelle (314) höher als die Spannung (E_R) ist, die durch die Mindestauflösung des Vergleichers (313) bestimmt ist.

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   Le e rs e ι te