DE2341081A1 - Digital gesteuerter analogspannungsteiler - Google Patents

Description

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MANFRED MIEHE fa_Lkenr.ed4

Telefon: (030) 76 09 50 < 8 3119 50 >

Diplom-Chemiker Telegramme: Indusprop Berlin

Telex: 0185443

A/21553 GB/O3/21O3

QUADR A CAST SYSTEMS INC. 107 North Bayshore Boulevard, San Mateo, Kalifornien, USA

Digital gesteuerter Analogspannungsteiler

Die Erfindung betrifft einen digital gesteuerten Analogspannungsteiler, der in seiner bevorzugten Form insbesondere für die Lautstärkenregelung eines Niederfrequenzsystems geeignet ist.

Die meisten Spannungsteiler, z.B. bei einer Lautstärkenregelung eines Schallsystems, werden durch einfache Widerstandsanordnungen wie einen herkömmlichen Potentiometer betrieben. Der-artige Spannungsteiler weisen eine Anzahl Nachteile auf. So ist es einmal erforderlich, das der Spannungsteilung oder der Schwächung zuzuführende Signal der Steuervorrichtung zuzuleiten, so daß es häufig erforderlich ist, relativ große Längen eines abgeschirmten Kabels bis zu der Steuervorrichtung heranzuziehen oder eine lange Welle für das Betätigen der Steuervorrichtung anzuwenden. Derartige Steuervorrichtungen neigen auch dazu, bei der Benutzung geräuschvoll zu sein.

Das Anwenden derartiger Spannungsteiler nach dem Stand der Technik ist insbesondere mit Schwierigkeiten dann verbunden, wenn es beabsichtigt ist, eine Mehrzahl an Signalen zu steuern, wie dies der Fall bei Stereo- oder Vierkanal-Niederfrequenzanlagen ist, da man nur mit Schwierigkeit Gleichlauflinearität erhalten kann, es sei denn daß Einheiten mit extrem hoher Präzision angewandt werden.

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Man hat versucht, diese Schwierigkeiten dadurch auszuräumen, daß man Analogmultiplier wie Zwei- und Vierquadrantmultiplier anwendet, jedoch haben sich dieselben als nicht besonders vorteilhaft erwiesen, da hierdurch in das System eine Verzerrung eingeführt wird, die sich über den Spannungsteileroder Schwächungsbereich verändert, und bei einem Zusammenkuppeln derartiger Steuervorrichtungen zeigen dieselben eine schlechte Gleichlauffähigkeit.

Erfindungsgemäß wird ein digital gesteuerter Spannungsteiler für die Spannungsteilung oder Schwächung eines analogen elektrischen Signals geschaffen, der eine Anordnung für das Erzeugen einer Reihe Impulse aufweist, wobei die Leit- und Sperrzeit der Impulse ein angestrebtes Verhältnis bei einer Frequenz besitzen, die wenigstens das Zweifache der Frequenz des Analogsignals ist, sowie ein Zweistufenschalter, der durch diese Impulse gesteuert wird, und eine Anordnung für das Zuführen des Analogsignals in den Schalter und Abnehmen eines Ausgangssignals von dem Schalter vorliegt, das ein spannungsgeteiltes oder geschwächtes Abbild des zugeführten Analogsignals ist, und das das Produkt des Verhältnisses der Leitzeit zu der Sperrzeit der Impulse und des analogen Eingangssignals ist. Vorzugsweise weist die Anordnung für das Erzeugen der Impulse einen Messsender und einen Komparator, der so geschaltet ist, daß derselbe an einem Einlaß ein Ausgangssignal von dem Messender empfängt, und eine Anordnung für die überführung einer Gleichstrom-Steuerspannung in einen zweiten Eingang des Komparators auf, wodurch die Gleichstrom-Steuerspannung die Impulsbreite bestimmt. Nach einer weiter unten im Einzelnen beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Messender so angepaßt, daß derselbe sowohl ein Ausgangssignal in Form einer Dreieckswelle als auch einer Sinuswelle liefert, und ein Vollwellengleichrichter ist so geschaltet, daß derselbe das Ausgangssignal mit Sinuswellenform empfängt, und weiterhin ist ein Wechselrichterkreis so geschaltet, daß derselbe ein Ausgangssignal von dem Vollwellengleichrichter

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empfängt, und es ist eine Schaltanordnung vorgesehen für die selektive Verbindung des Ausgangssignals mit Dreieckswellenform, des Ausgangssignals von dem VollwellengleichEichter oder des Ausgangssignals von dem Wechselrichter mit dem Komparator unter Ausbilden einer linear analogen Spannungsteilung bzw. Schwächung, oder einer logarithmischen Spannungsteilung bzw. Schwächung oder einer antilogarithmischeh Spannungsteilung bzw. Schwächung.

Damit der Spannungsteiler für das Steuern einer Anzahl Schaltkreise angewandt werden kann, so daß die Schaltkreise ohne Anwenden von Präzisionsbauteilen genau gleichlaufen, kann derselbe eine Mehrzahl an ZweiStufenschaltern aufweisen für die gleichzeitige Spannungsteilung bzw. Schwächung einer Mehrzahl getrennter Analogsignale, und die Schalter sind so mit dem Impulsgenerator bzw. Messender verbunden, daß dieselben gleichzeitig durch diese Impulse gesteuert werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin Schallwiedergabe-Systeme, insbesondere derartige Systeme, die eine Mehrzahl an Niederfrequenzkanälen in Stereo- oder Quadrophon-Anordnungen aufweisen, wobei der Spannungsteiler als Lautstärkeregelung angewandt wird.

Der Erfindungsgegenstand wird beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert, die ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen, digital gesteuerten AnalogSpannungsteilers darstellt.

Wie weiter unten im Einzelnen erläutert, gibt die Zeichnung ein System wieder, bei dem ein Messender angewandt wird, der eine Wechselspannung entwickelt, sowie eine Anordnung für den Vergleich dieser Spannung mit einer Gleichstrom-Bezugsspannung und Anwenden des Ausgangssignals des !Comparators für das öffnen und Schließen eines Digitalzweistufenschalters oder -tors in dem Laufweg eines Analogsignals aufweist. Die Frequenz des Messenders wird so ausgewählt, daß dieselbe wenigstens gleich dem Zweifachen derjenigen irgendeines zu

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erwartenden Analogsignals ist und beläuft sich vorzugsweise auf ein Vielfaches der Frequenz der höchsten zu erwartenden Analogfrequenz. Der Messender und die zugeordneten Schaltkreise können Wellen unterschiedlicher Formen ausbilden, um so verschiedene angestrebte Widerstandsverläufe sicherzustellen. Das Ausgangssignal des Analogtors wird üblicherweise durch einen Integrator hindurchgeführt, um so alle hochfrequenten Komponenten zu entfernen, die durch die Funktion des Tors gegebenenfalls erzeugt werden können.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird ein Messender 1 angewandt, der zwei Ausgangssignale liefert, und zwar ein Ausgangssignal mit Dreieckswellenform auf der Leitung 3 und ein Ausgangssignal mit Sinuswellenform auf der Leitung 5. Das Signal mit Dreieckswellenform wird direkt der Anschlußklemme 7 eines Dreipünkt-Schalters 9 zugeführt, während das Signal mit Sinuswellenform einem Vollwellengleichrichter 11 zugeführt wird, und ein Teil des Ausgangssignals des Gleichrichters wird einer Anschlußklemme 13 des Schalters 9 zugeführt, während ein weiterer Teil des Signals durch einen Wechselrichter 15 geführt und das Ausgangssignal des Wechselrichters einer Anschlußklemme 17 des Schalters 9 zugeführt wird. Somit kann der Schalter 9 in jede der drei Lagen geschaltet werden, von denen die eine eine Welle mit Dreiecksform, eine eine logarithmische Welle und eine eine antilogarithmische Welle ergibt. Das Ausgangssignal von dem Schalter 9 wird einen nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 19 zugeführt, der als Komparator angewandt wird. Auf einer Leitung 21 wird eine veränderliche Gleichstromspannung durch eine geeignete Anordnung wie den Potentiometer 23 entwickelt, und diese Gleichstrom-Steuerspannung wird dem invertierenden Eingang des Verstärkers 19 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 19 wird über eine Leitung 25 einen oder mehreren Digitaltoren 27 zugeführt. Es wird ein Analogsignal, z.B. ein herkömmliches Niederfrequenzsignal, in das Tor 27 über

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eine Leitung 29 geführt und wird durch das Tor 27 geschwächt, wie es durch die relativen öffnungs- und Verschlußzeiten des Tors bestimmt wird. Da die Frequenz mit der das Tor 27 arbeitet wesentlich höher als die Frequenz des Analogsignals ist, wird in dem Signal keine wesentliche Verzerrung ausgebildet, jedoch können hochfrequente Komponenten durch das öffnen und Schließen des Tors erzeugt werden. Das Ausgangssignal des Tors wird über die Leitung 31 und durch einen Integrator oder Filter 33 geführt, und das geschwächte Ausgangssignal liegt dann auf der Leitung 35 vor. Ausgehend von der Leitung 25 kann jede beliebige Anzahl an Toren bis zu der Fan-Out-Fähigkeit des Verstärkers 19 betrieben werden, die natürlich auf jeden gewünschten Wert vermittels allgemein bekannter Spannungsfolgekreise vergrößert werden kann. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden drei zusätzliche Tore, und zwar 37, 39 und 41, angewandt, wie dies bei einem Vierkanal-Schallsystem zweckmäßig wäre. Allgemein wirkt jedes der Tore als ein Zweistufenschalter und kann zweckmäßigerweise als torgeateuerte Halbleitervorrichtungen ausgebildet sein, wodurch dieselben aufgrund des Vorliegens oder des Nichtvorliegens eines Signalimpulses auf der Leitung 25 leitend gemacht werden.

Das System arbeitet in der folgenden Weise. Der die Dreieckswellenform ausbildende Messender bildet mit dem zugeordneten Komparator und der Gleichstrom- Bezugsspannung einen impulsbreiten Generator mit breitem dynamischem Bereich, bei dem das Verhältnis der Leit- und Sperrzeit von der Gleichstrom-Steuerspannung abhängt. Das von diesem Komparator abgegebene Signal wird für das Steuern des öffnens und Schließens des Digitaltors oder der Digitaltore angewandt, und das Tor bildet einen Digitalmultiplier, bei dem das Ausgangssignal des Tors das Produkt des Steuersignals und des Analogsignals ist. Es gilt somit, daß je länger der Impuls um so länger die Leitzeit des Schalttors und umso geringer die Schwächung des Analogsignals bei dem Hindurchtritt durch das Tor. Da der Impuls

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und somit die Ausblendfrequenz wesentlich höher ist, und zwar wenigstens das Zweifache, der Frequenz des Analogsignals, stellt das Ausgangssignal des Tors eine geschwächte Abbildung des zugeführten Analogsignals dar und ist das Produkt des Verhältnisses von der Leitzeit zu der Sperrzeit der Impulse und des zugeführten Analogsignals. Dieses Produkt wird sodann dem Integrator zugeführt, der jegliche hochfrequenten Komponenten löscht, die .⁴.n dem Tor gebildet worden sind, und die Ausgangsamplitude des Integrators ist richtungsmäßig proportional der Impulsbreite (d.h. die Leitzeit des Tors) des Steuersignals. Wenn somit die Impulsbreite lang ist, wird eine hohe Amplitude des Analogsignals an dem Ausgang auftreten, und umgekehrt gilt dann, wenn dieselbe sehr kurz ist, daß ein geschwächtes Ausgangssignal vorliegt. Bei Verändern der Impulsbreite der Leitzeit wird somit der Wert des Analogsignals an dem Ausgang des Integrators verändert. Da das Steuersignal ein Zweizustandsignal ist, d.h. an-oder abgeschaltet, ist das gemeinsame Verbinden zahlreicher Tore außerordentlich einfach, da üblicherweise ein Abgleich der Komponente nicht erforderlich ist. Selbst bei nichtabgeglichenen Komponenten läßt sich leicht ein Gleichlauf von besser als 1 % erzielen.

Es versteht sich, daß bei diesem Schaltkreis die Leitung 21 nur ein Spannungssteuersignal führt, so daß es hierdurch möglich wird, die Lautstärkenregelung in erheblicher Entfernung von der Leitung anzuordnen, die das Analogsignal trägt, und hierdurch wird das Erfordernis vermieden, lange Strecken eines abgeschirmten Kabels für die überführung des Analogsignals zu der Lautstärkenregeleinheit vorzusehen. Weiterhin trägt die Leitung 25 lediglich eine Reihe von Gleichstromimpulsen, so daß alle Schaltkreiselemente vor dieser Leitung natürlich mit jeder gewünschten Entfernung von dem Digitaltor oder von den Digitaltoren angeordnet werden können.

In vielen Fällen ist es nicht erforderlich,für unterschiedlichen Verlauf der Widerstände Vorsorge zu treffen, so daß z.B. in dem Fall, daß lediglich ein linearer Widerstandsver-

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lauf angestrebt wird, das Ausgangssignal mit Sinuswellenform des Messenders 1 und die zugeordneten Schaltkreiselemente nicht erforderlich sein werden. Somit kann der Schaltkreis für einen oder eine Mehrzahl an auswählbaren Widerstandsverläufen aufgebaut werden. Weiterhin dienen die drei hier wiedergegebenen Widerstandsverläufe lediglich der Erläuterung, und es können auch andere Widerstandsverläufe angewandt werden .

Es versteht sich, daß die einzige Funktion des Messenders, des !Comparators und der Gleichstrom-Spannungsquelle darin besteht, einen Generator veränderlicher Impulsbreite mit breitem dynamischem Bereich zu schaffen. Es können auch andere Formen von Impulsgeneratoren angewandt werden, und die Verfahren zum Erzeugen derartiger Impulse sind dem Fachmann geläufig.

Es versteht sich, daß der hier gebrachte Bezug auf Impulse, die den Zweistufenschalter schalten oder den Schaltkreis leitend machen, so angeordnet sein können, daß entweder die Impulse, welche dazu führen, daß das Tor leitfähig wird, eine Vorspannung darstellen, wobei das Tor nichtleitend ist wenn die Vorspannung beaufschlagt wird, oder class TGr kann so angeordnet sein, daß dasselbe leitfähig wird wenn keine Vorspannung beaufschlagt wird und dasselbe nichtleitend wird, wenn eine Vorspannung vorliegt.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Digital gesteuerter Spannungsteiler für die Spannungsteilung bzw. Schwächung eines analogelektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet , daß das Analogsignal einem Zweistufenschalter (27) zugeführt wird, der durch Impulse so gesteuert ist, daß ein Ausgangssignal (bei 31) auftritt, das ein geschwächtes Abbild des zugeführten Analogsignals und das Produkt des Verhältnisses der Leitzeit zu der Sperrzeit der Impulse und des zugeführten Analogsignals darstellt, sowie weiterhin ein Messender bzw. Generator (1, 23, 19) für das Erzeugen einer Serie an Impulsen vorgesehen ist, wobei die Leit-und Sperrzeiten der Impulse ein angestrebtes Verhältnis einer Frequenz mit wenigstens dem Zweifachen der Frequenz des Analogsignals besitzen.
2. 2. Spannungsteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Integrator (33) mit dem Zweistufenschalter (27) verbunden ist unter Empfangen des geschwächten analogen Ausgangssignals (von 31) und Schwächen hochfrequenter Komponenten in dem Signal, wie sie durch den Schalter ausgebildet werden.
3. 3. Spannungsteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Impulsgenerator einen Messsender (1), einen Komparator (19) so geschaltet, daß derselbe an einem Eingang ein Ausgangssignal von dem Messender empfängt, und eine Steueranordnung (23) aufweist für das Ausbilden einer Gleichstrom-Steuerspannung an einem zweiten Eingang des Komparators (19) , wodurch die Gleichstrom-Steuerspannung die Impulsbreite bestimmt.
4. 4. Spannungsteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Messender (1) so angepaßt ist, daß derselbe sowohl ein Ausgangssignal mit Dreieckswellenform (bei 3) als auch ein Ausgangssignal mit Sinuswellenform (bei 5) ausbildet, ein Vollwellengleichrichter (11) so geschaltet

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   ist, daß derselbe das Signal mit Sinuswellenform empfängt, ein Wechselrichterkreis (15) so geschaltet ist, daß derselbe ein Ausgangssignal von dem Vollwellengleichrichter (11) empfängt, und ein Mehrpunktschalter (7, 13, 17, 9) vorgesehen ist für die selektive Verbindung des Ausgangssignals mit Dreieckswellenform, des Ausgangs von dem Vollwellengleichrichter oder des Ausgangs des Wechselrichters mit dem Komparator (19) unter Ausbilden einer linear analogen Spannungsteilung bzw. Schwächung oder einer logarithmischen Spannungsteilung bzw. Schwächung oder einer antilogarithmischen Spannungsteilung bzw. Schwächung.
5. 5. Spannungsteiler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl an Zweistufenschaltern (27, 37, 39, 41) für die gleichzeitige Schwächung einer Mehrzahl getrennter Analogsignale vorgesehen ist, die Schalter so (bei 25) mit dem Impulsgenerator verbunden sind, daß eine gleichzeitige Steuerung durch diese Impulse erfolgt.
6. 6. Spannungsteiler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anwendung als Lautstärkenregelung für ein Niederfrequenzsignal erfolgt, wobei das Niederfrequenzsignal das gesteuerte Analogelektrische Signal ist.
7. 7. Schallwiedergabesystem einschließlich der Lautstärkenregelung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl an getrennten Schallkanälen zusammengeschaltet ist für die gleichzeitige Steuerung durch den Spannungsteiler.

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