DE2355700A1

DE2355700A1 - Frequenzumschaltbarer tonfrequenzdetektor

Info

Publication number: DE2355700A1
Application number: DE19732355700
Authority: DE
Inventors: Ronald E Poorvin; Alfred B Wieczorek
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1972-11-07
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1974-05-22
Also published as: FR2205779A1; DE2355700C3; ZA738270B; BR7308706D0; US3803429A; IL43528A; FR2205779B1; IL43528A0; JPS5330561B2; AU6185673A; AU474076B2; GB1412897A; HK65176A; JPS4979653A; DE2355700B2; CA985753A; AR201118A1

Description

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DIPL.-ING. LEO FLEUCH AUS DR.-1NG,. RANS LEYH

DIPL.-ING. EENST EATHMANN

München η, ,5. November 1973

Melchioratr.'42

Uanr&lcharii HDB9P-1043

Motorola₃ Inc.

94Dl ¥esifc Grand Avenue

Franklin JPark", Illinois

frequenzumschaltbarer Tonfre quenzdetekt or

Die Erfindung betrifft einen frequenzumschaltbaren Tonfrequenzdetektor für den Empfang und die Übertragung einer Vielzahl von Tonfrequenzsignalen in einer Folge, mit einem Tonfrequenzfilter.,

Es ist bekannt, Filter derart aufzubauen, dass sie eine be- ^g^lifimtfg^l^ci^r^e^I^^ue^tuTwBisen, um eine oder mehrere Frequenzen in einem bestimmten Frequenzbereich zu übertragen. Derartige Filter sind programmierbar bzw. umschaltbar, indem mit Hilfe einer Logikschaltung und Schalteinrichtungen die Übertragungsfrequenz derart geändert wird, dass ein zweites bestimmtes Tonfrequenzsignal übertragbar ist. Die Verwendung derartiger programmierbarer Filter nimmt mit dem Auftauchen aktiver Filter zu, da weniger Komponenten geändert werden müssen, um die Frequenz eines solchen aktiven Filters zu verändern» Derartige aktive Filter, und insbesondere wenn sie in integrierter

Fs/wi - Schaltkreisform

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Schaltkreisform ausgeführt sind, werden jedoch nachteilig von den Schalteinrichtungen und der Technik "beeinflusst, die notwendig sind, um die Frequenz und die die Bandbreite bestimmenden Komponenten zu ändern.

Derartige Filter benötigen eine bestimmte Zeitdauer für den Aufbau von Energie und den Abbau von Energie, d.h. der Energieaufbau bzw. -abbau erfolgt mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem gewünschten. Tonfrequenzsignal; d.h. im Filter muss sich zuerst die Energie in Abhängigkeit von einem ersten Tonfrequenzsignal aufbauen und am Ende des ersten Tonfrequenzsignals wieder abbauen, bevor ein weiteres Tonfrequenzsignal über das Filter übertragen werden kann. Dies verhindert den Empfang und das Erfassen von' Tonfrequenzsignal en in rascher Folge.

Derartige· Tonfrequenzfilter sind für äie Verwendung-b*i selektiven Signallsierungssystemen, insbesondere bei selektiven Hufsystemen, sehr wünschenswert_e Diese Signalisierongssysteme senden jedoch die einzelnen Tonfrequenzsignalθ in, rascher !Folge hintereinander aus. Dementsprechend muss das verwendete Filter bezüglich der Geschwindigkeit des Saergieaufbaues und des Energieabbaues derart beeinflussbar sein, dass es in der I/age ist, eine bestimmte Tonfrequenzfolge auszuwählen und zu übertragen.

Zur Erreichung dieses Zieles soll ein Filter mit verschiebbarer Übertragungsfrequenz und veränderlicher Bandbreite geschaffen werden, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Tonfrequenzsignalen in rascher Folge auszuwählen und zu übertragen. Zu diesem Zweck soll das Filter eine erhöhte Geschwindigkeit des Energieaufbaues und Energieabbaues aufweisen und möglichst aus einem programmierbaren aktiven Filter bestehen, das auf eine Vielzahl bestimmter Tonfrequenzen in einer raschen Tonfrequenzfolge anspricht.

- 2 - Dabei

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«3

Dabei sollen die für die -Umschaltung benötigten Schalteinrichtungen die Funktion des Filters nicht nachteilig beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Tonfrequenzfilter ein erstes Schaltkreiselement, mit welchem die über das Filter übertragene Tonsignalfrequenz festlegbar ist, und ein zweites Schaltkreiselement umfasst, mit welchem die Bandbreite des Filters festlegbar ist, dass-mit dem Filter Schalteinrichtungen gekoppelt sind, die mit dem Filter derart zusammenwirken, dass in Abhängigkeit von jedem angelegten Tonfrequenzsignal der Folge die Übertragungsfrequenz des Filters auf die jeweilige zu übertragende Tönsignalfrequenz veränderbar ist, und dass mit den Schalteinrichtungen die Bandbreite des Filters vergrÖsserbar ist, um die Geschwindigkeit des Energieabbaues zu erhöhen, wodurch ein nachfolgend zu übertragendes Tonfrequenzsignal nach einer kürzeren Zeitdauer übertragbar ist, .

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einem frequenzumschaltbaren Tonfrequenzfilter mit einem NF-Detektor verwirklicht, mit dem eine Vielzahl von.TonfrequenzSignalen in rascher Folge empfangen werden kann. Das Filter ist derart ausgelegt, dass der Energieaufbau und der Energieabbau in einer bestimmten Zeit bzw. mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgen. Zu diesem Zweck umfasst das Tonfrequenzfilter ein erstes Schaltkreiselement zur Bestimmung der Tonsignalfrequenz und ein zweites Schaltkreiselement zur Bestimmung der Bandbreite des Filters. Ferner ist ein erstes Schaltnetzwerk mit feiner Vielzahl von Schaltstufen vorgesehen, von denen jede eine Impedanz und einen Schalter umfasst« Bas erste Schaltkreiselement ist mit dieser Vielzahl von Schalfc-

- 3 - stufen

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stufen gekoppelt, die in Abhängigkeit von Steuersignalen selektiv eine oder mehrere Impedanzen an das erste Schaltkreiselement anschalten. Durch dieses Anschalten von Impedanzen wild die Übertragungsfrequenz des Filters verschoben, und zwar auf eine der für die Übertragung vorgesehenen Tonsignalfrequenzen. Ferner ist eine zweite Schaltstufe vorhanden, die ebenfalls eine Impedanz und einen Schalter umfasst, wobei die Impedanz vorzugsweise aus einer Reaktanz besteht. Diese zweite Schaltstufe ist mit dem zweiten Schaltkreiselement gekoppelt und schaltet die zweite Impedanz in Abhängigkeit von Steuersignalen an das zweite Schaltkreiselement für eine bestimmte Zeitdauer an. Auf diese Weise wird in Abhängigkeit von den Steuersignalen-die Bandbreite des Filters zur Vergrösserung der Geschwindigkeit.des Energieabbaues geändert. Damit wird es möglich, eine Folge von Tonfrequenzsignalen über das Filter in wesentlich kürzerer Zeitdauer zu übertragen.

- 4 - Die

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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch a.us der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockdiagramm eines selektiven Signa!empfangers mit einem frequenzumschaltbaren Tonfrequenzdetektor sowie einem frequenzumschaltbaren Tonfrequenzfilter gemäss der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild des frequenzumschaltbaren Tonfrequenzfilters gemäss der Erfindung.

Der Signalempfänger gemäss Fig. 1 empfängt NF-modulierte sowie mit bestimmten Tonfrequenzsignalen modulierte HF-Signale über eine Antenne 10 mit einer Empfangsstufe 11. Die Empfangsstufe 11 kann in herkömmlicher Weise als FM-Empfänger mit Doppelüberlagerung aufgebaut sein. Die HF-Signale werden in der Empfangsstufe 11 demoduliert und die daraus abgeleiteten bestimmten Tonfrequenzsignale sowie die NF-Signale einem NF-Verstärker 12 zugeführt. Die im NF-Verstärker 12 verstärkten Signale werden an einen Lautsprecher 13 zur Wiedergabe weitergeleite.t.

Mit dem Diskriminator der Empfangsstufe 11 ist ein frequenz-.umschaltbarer Tonfrequenzdetektor 15 gekoppelt, der dem Empfang einer gegebenen Anzahl von bestimmten, in einer Folge auftretenden Tonfrequenzsignalen dient. Der Tonfrequenzdetektor 15 kann mit dem NF-Verstärker 12 gekoppelte Schaltungsteile umfassen, um den NF-Verstärker 12 in dem Einschaltzustand so lange zu halten, bis die korrekte Tonfrequenzfolge vom Detektor 15 festgestellt ist. Sodann liefert der Tonfrequenzdetektor 15 ein selektives Squelchsignal, das die NF-Signalwiedergabe nur beim Empfang der vorgegebenen bestimmten Tonfrequenz folge zuläss-t.

- 5 - ' Bei

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Bei der dargestellten Ausführ-ungsiOrin sind fünf nacheinander empfangene bestimmte Tonfrequenzsignale notwendig, um den Tonfrequenzdetektor 15 in Betrieb zu setzen. Jedes Tonfrequenzsignal hat eine Zeitdauer von 33 Millisekunden. Das erste Tonfrequenzsignal der bestimmten !Folge wird vom Diskriminator der Empfangsstufe 11 an das Tonfrequenzfilter 19 angelegt. Mit Hilfe einer nachfolgend näher erläuterten Schaltung ist das Tonfrequenzfilter 19 auf eine Mittelfrequenz entsprechend der Frequenz des ersten Tonfrequenzsignals abgestimmt. Bas ΐοη-frequenzfilter 19 hat einen bestimmten Energieaufbau- und -abbaufaktor in Abhängigkeit von der Tonsignalfrequenz, auf welche das Filter abgestimmt ist. Das jerste bestimmte 3?onfre— quenzsignal verursacht den Energieauf-bau im Filter 19 und wird dann über das Filter 19 zum EIF-Betektor 20 gekoppelt. Wenn das Tonfrequenzsignal an den NF-Detektor 20 für eine bestimmte Zeitdauer angelegt wird, wird ein Erfassungssignal erzeugt. Dieses Erfassungssignal wird zum Zähler 21 weiterübertragen'und ändert dessen Betriebszustand von einem Zählstand Null in einen Zählstand Eins. Das Erfassungssigaal wird auch an einen taktgeber 22 angelegt, der aus einer Anzahl monostabiler Multlvibratoren bekannter Art bestehen kann, die ihren Schaltzustand, in Abhängigkeit von einem geeigneten Eingangssignal ändern und in dem neuen Schaltzustand für eine bestimmte Zeitdauer verharren, um dann wieder in ihren ursprünglichen Schaltzustand zurückzufallen. Der Taktgeber 22 kann auch in Form eines bekannten Welligkeitszählers ausgebildet sein_s der beim Empfang eines Eingangssignals zurückgestellt wird und einen neuen Zählzyklus beginnt. Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird ein solcher Welligkeitszähler für den Taktgeber 22 verwendet.

Der Taktgeber 22 wird beim Empfang eines Erfassungssignals zurückgestellt und beginnt mit einem neuen Zählzyklus. Nach einer bestimmten Zeitdauer nacii dem Beginn des neuen Zählzyklus wird ein erstes Taktsignal erzeugt. In der dargestellten Ausführungsform ist die bestimmte Zeitdauer 4 Millisekunden

- 6 - lang

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Λ.

lang. Dieses erste Taktsignal wird vom Taktgeber 22 zum Tonfrequenzfilter 19 übertragen. Dieses Tonfrequenzfilter 19 vergrössert in Abhängigkeit von dem angelegten Rückstellsignal
seine Bandbreite für die bestimmte Zeitdauer, während welcher vom Taktgeber 22 das erste Taktsignal erzeugt wird. Die Ver- ·

grösserung "der Bandbreite des Tonfrequenzfilters 19 bewirkt
eine Yergrösserung der Geschwindigkeit des Energieabbaues für die im Filter gespeicherte Tonfrequenz-Signalenergie. Der
Betrag der Vergrösserung der Geschwindigkeit des Energieabbaues ist proportional dem Betrag der Vergrösserung der Filterbandbreifce. Unter der Vergrösserung der Geschwindigkeit des Energiea"bbaues für das Tonfrequenz signal versteht man, dass die
in dem Tonfrequenzfilter 19 gespeicherte Energie rascher abgebaut wird. Durch diesen rascheren Abbau der Tonfrequenz-Signalenergie im Tonfrequenzfilter 19 kann das .Filter nach
einer kürzeren Zeitdauer auf eine nachfolgende Tonsignalfre- . quenz in der Tonfrequenzfolge ansprechen. Bei der dargestellten Ausführungsform hat jedes Tonfrequenzsignal eine Zeitdauer von etwa 33 Millisekunden.

Das erste Taktsignal wird von dem Taktgeber 22 auch dem
NF-Detektor 20 zugeführt. Dieser KF-Detektor 20 baut die
Tonfrequenz—Signalenergie ab, die in Abhängigkeit vom letzten Ton aufgebaut wurde. Je rascher dieser Abbau der Tonfrequenz-Signalenergie im NF-Detektor 20 erfolgt, umso rascher kann
dieser Detektor auch auf ein nachfolgendes Tonfrequenz signal ■ der Folge ansprechen.

Wie bereits erwähnt, erzeugt der Zähler 21 ein erstes Zählsignal in Abhängigkeit von der Feststellung des* ersten Tonfrequenzsignäls. Dieses Zählsignal Eins wird einer Frequenzsteuerschaltung 23 zugeführt, die aus einer einfachen Diodenlogik: bekannter Art bestehen kann, um Kombinationen von ausgangsseitigen Steuersignalen in Abhängigkeit von'den Eingangssignalen am Zähler zu erzeugen. In Abhängigkeit von dem Zähl-

- 7 - . signal

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signal Eins, das über Leitungen 24 dem Tonfrequenzfilter 19 zugeführt wird, erzeugt die Frequenzsteuerschaltung 23 eine Vielzahl von Steuersignalen. In der dargestellten Ausführungsform sind elf Leitungen 24 vorgesehen, obwohl nur fünf aufeinanderfolgende Töne benötigt werden, um den Tonfrequenzdetektor 15 zu betätigen. Die elf Leitungen sind vorgesehen, da zwölf Tonfrequenzsignale in der Folge aus fünf Tönen benutzt werden können. Da der zwölfte Ton jedoch von einem konkreten.Bauteil erzeugt wird, sind nur elf Leitungen insgesamt notwendig. Die Frequenzsteuerschaltung 23 ist derart programmiert, dass entsprechend der gewünschten Tonfrequenzfolge eine bestimmte Kombination von Steuersignalen in Abhängigkeit von jedem Zählsignal auf den Leitungen 24 zur Verfügung stehen. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung von fünf Tonfrequenzdetektoren oder eine Frequenzsteuerschaltung mit elf Ausgängen begrenzt ist. Die Steuersignale, welche von der Freqj.enzsteuerschal.tung 23 an das Tonfrequenzfilter 19 übertragen werden, bewirken, dass sich dessen Mittelfrequenz zur Frequenz des zweiten Tonfrequenzsignals der vorgegebenen Tonfrequenzfolge verschiebt.

Das zweite, dritte, yierte und fünfte Tonfrequenzsignal der Folge werden anschliessend nacheinander empfangen und an den Tonfrequenzdetektor übertragen, wo sie dieselbe Folge von Funktionsabläufen auslösen, wie sie für das erste Tonfrequenzsignal beschrieben wurden. Der Zähler 21 registriert nach dem Empfang des zweiten Tonfrequenzsignals ein Zählsignal Zwei, nach dem Empfang des dritten- Tonfrequenzsignals ein Zählsignal Drei, us\v. Jede Signalerfassung durch den NF-Detektor 20 bewirkt eine Rückstellung des Taktgebers 22 und die Erzeugung eines ersten Taktsignals, welches an das Tonfrequenzfilter und den NF-Detektor 20 übertragen wird. Das erste Taktsignal vom Taktgeber 22 verursacht eine Vergrösserung der Bandbreite des Tonfrequenzfilters 19 für eine Vorgegebene Zeitperiode. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Energieabbaues

- 8 - wesentlich

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wesentlich vergrössert und der NF-Detektor 20 entsprechend beeinflusst. Jede Zählung des Zählers 21 wird auch zur Frequenzsteuerschaltung 23 übertragen. Diese Frequenzsteuerschaltung 23 erzeugt in Abhängigkeit von jeder Zählung Steuersignale, die dem Tonfrequenzfilter 19 zugeführt werden und bewirken, dass die Mittelfrequenz des Tonfrequenzfilters zur nächsten bestimmten Frequenz des nachfolgenden Tonfrequenzsignals verschoben wird.

Wenn das fünfte Tonfrequenzsignal einer Folge festgestellt wurde, gibt der Zähler 21 das Zählsignal Fünf ab, das an eine Alarmstufe 30 übertragen wird, um ein Alarmsignal auszulösen. Ferner wird dieses Signal dem NF-Verstärker 12 zugeführt, um die Verstärkung der NF-Signale auszulösen und diese zum Lautsprecher 13 zu übertragen.

Wenn die Nachrichtenübertragung beendet ist, kann der Benutzer einen Rückstellschalter 3^ betätigen, der Massepotential zur Rückstellung des Zählers 21 auf den Zählstand Null anlegt. Dadurch wird auch das Alarmsignal beendet. Wenn die Einheit nicht vom Benutzer von Hand zurückgestellt wird, erzeugt der Taktgeber 22 ein zweites Taktsignal etwa 4-5 Millisekunden nachdem dieser zurückgestellt wurde. Dieses zweite Taktsignal wird dem Zähler 21 zugeführt und bewirkt dessen Zurückstellung auf den Zählstand Null. Die Frequenzsteuerschaltung 23 e'rzeugt in Abhängigkeit von dem Zählstand Null Steuersignale, die über die Leitungen 24- dem Tonfrequenzfilter 19 zugeführt werden. Diese Steuersignale bewirken, dass die Mitte !.frequenz des Tonfrequenzfilters 19 wieder auf die Frequenz des 'ersten Tonfrequenzsignals der bestimmten Folge zurückgestellt wird, womit die Einheit für einen weiteren Ruf in Bereitstellung gebracht ist.

Wenn eine falsche Tonfrequenzfolge an den Tonfrequenzdetektor 15 angelegt wird, werden die falschen Tonfrequenzsignale der Folge nicht über das Tonfrequenzfilter 19 zum NF-Detektor 20

.- 9 - übertragen

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AO

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übertragen. Entsprechend erzeugt der Zähler 21 auch kein Zählsignal. Der Taktgeber wird zurückgestellt und beginnt mit dem Taktzyklus in Abhängigkeit von Jeder Signalerfassung. Wenn beim Empfang einer falschen Tonfrequenzfolge z.B. das dritte Tonfrequenzsignal falsch ist, wird dieses nicht zum Eonfrequenzfilter 19 übertragen und auch nicht vom NF-Detektor 20 erfasst. Der Taktgeber 22 erzeugt ein zweites Taktsignal nach 45 Millisekunden. Dieses, zweite Taktsignal wird zum. Zähler übertragen und verursacht dessen Zurückstellung auf den Zählstand Null. Der Tonfrequenzdetektor 15 wird dann ebenfalls zurückgestellt, um eine neue Tonfrequenzfolge empfangen zu können.

In Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltbild des Tonfrequenzfilters 19 gemäss Fig. 1 dargestellt. Dieses Filter ist ein elektronisch veränderbares aktives Filter mit drei Operationsverstärkerstufen. Das bestimmte Tonfrequenzsignal, das am Diskriminator der Empfangsstufe 11 abgeleitet wird, wird über die Eingangsklemme 35 an das Filter 19 angelegt. In Serie zur Eingangsklemme 35 liegt ein Widerstand 36, der auf seiner anderen Seite in einem Verbindungspunkt 37 mit dem Eingang des Operationsverstärkers 38 verbunden ist. Parallel zum Operationsverstärker 38 ist ein Widerstand 39 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 38 ist über einen Widerstand 4-2 mit dem Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 43 verbunden. Zu diesem Operationsverstärker 4-3 liegt ein Kondensator 44- parallel. Der Ausgang des Operationsverstärkers 43 ist mit der Ausgangsklemme 46 sowie einer Parallelschaltung aus einem Widerstand 48 und einem Kondensator "49 verbunden. Diese Parallelschaltung des Widerstandes 48 und des Kondensators 49 koppelt den Ausgang des Operationsverstärkers 43 mit dem Eingang eines Operationsverstärkers 50. Parallel zu

dem Operationsverstärker 50 ist ein Kondensator 51 und gegebenenfalls ein Widerstand 47 geschaltet, wobei der Ausgang dieses Operationsverstärkers 50 über einen Widerstand 52 mit

- 10 - dem

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dem Verbindungspunkt 37 in Verbindung steht, d.h. an den Eingang des Operationsverstärkers 38 angeschlossen ist. Die Operationsverstärker 38, 43 und 50 haben Jeweils eine extrem hohe Verstärkung, jedoch wird durch die parallel geschalteten Komponenten eine Rückkopplung bewirkt, die die Verstärkung auf einen Wert kleiner als Eins verringert.

Der Operationsverstärker 38 mit dem parallel geschalteten Widerstand 39 arbeitet als Additionsstüfe. Der Operationsverstärker 43 mit dem parallel geschalteten Kondensator 44 und der Operationsverstärker 50 mit dem parallel geschalteten Kondensator 51 arbeiten als Integrationsstufen. Der Aufbau von aktiven !Filtern aus Operationsverstärkern gemäss Fig. 2 ist bekannt und arbeitet in der dargestellten Konfiguration als Bandpassfilter. '

Die Mittelfrequenz des aktiven, aus Operationsverstärkern bestehenden Bandpassfilters bestimmt sich aus nachfolgender Gleichung:

^Vo ⁼ ^^/Ji48 - · CD

wobei K = E^o/Rc2 ^{x 1//R}42^C44 ^{x 1//G}51 ^ist*

Die Winkelfrequenz-Bandbreite dieses Filters ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung:

B= KC₄₉ . . (2)

Die Verstärkung des Filters bei der Resonanzfrequenz ergibt sich aus der Gleichung:

A = R₅₂/fi₃₆ x C₅₁/0₄₉ ■ ■ ' - (3)

- 11 - Aus

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Aus diesen Angaben lässt .sich ableiten, dass durch Änderung von R^₈ die Resonanzfrequenz des aktiven Bandpassfilters geändert werden kann, ohne die Bandbreite und die Verstärkung zu beeinflussen. Durch Programmierung der Werte für den Widerstand R^₈ kann das Filter für bestimmte Mittelfrequenzen vorprogrammiert werden, wobei die Bandbreite und die Verstärkung konstant bleiben. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für tonkodierte und selektive Signalisierungssysteme, bei welchen die Tonfrequenzsignale in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, um gleiche Selektivität für jedes Tonfreqaenzsignal sicherzustellen.

Bei einem Energieimpuls mit der Frequenz, auf welche das Filter abgestimmt ist, steigt die Einhüllende des 'Filterausgangssignals an der Ausgangsklemme 46 exponential mit einer Zeitkonstante an, die sich aus der nachfolgenden Gleichung ergibt:

T = 2/B (4)

In entsprechender Weise nimmt das Ausgangssignal an der Ausgangsklenime 46 mit derselben Zeitkonstante ab, wenn die Ansteuerung des. Filters mit einem Signal,auf welches das Filter abgestimmt ist, abfällt.

Bei der Anwendung·"für tonselektive Signalisierung ist es wünschenswert, dass die Signalenergie am Filter in Abhängigkeit von einer bestimmten Tonfrequenz so schnell wie möglich abfällt, wenn das Tonfrequenzsignal ermittelt ist. Dieser rasche Energieabfall ist notwendig, um so früh wie möglich mit dem Energieaufbau in Abhängigkeit von dem nächsten Tonfrequenzsignal der Folge beginnen zu können. Dadurch ist es möglich, die Geschwindigkeit zu verbessern, mit welcher die Tonfrequenzsignale empfangen und festgestellt werden können. Wie sich aus der Gleichung (4) ergibt, nimmt die Geschwindigkeit für den Energieabbau im Filter 19 proportional zu jeglicher

- 12 - . Vergrösserunp;

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/i

Vergrösserung der Bandbreite zu. Eine Vergrösserung der- Bandbreite allein kann jedoch unerwünscht sein, da sie eine zusätzliche Übertragung von Energie über das Filter zulässt. Eine solche zusätzliche Energie kann jedoch Fehler auslösen.

Obwohl die Frequenz bei der Vergrösserung der Bandbreite gemäss Gleichung (1) dieselbe bleibt, ergibt sich aus den Gleichungen (2) und (3), dass mit zunehmender Bandbreite eine, proportionale Abnahme der Filterverstärkung, einhergeht. Das bedeutet, dass das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite konstant ist. Wenn die Verstärkung verringert wird, wird über das Tonfrequenz-, filter 19 ein kleineres Signal übertragen. Es werden daher keine Fremdsignale über das Tonfrequenzfilter 19 übertragen,, selbst wenn die Bandbreite vergrössert. wird. Diese Verringerung der Verstärkung bei einer Vergrösserung der Bandbreite ermöglicht,die Bandbreitenvergrosserung dazu zu benutzen, um die Geschwindigkeit des Energieabbaues im Tonfrequenzfilter zu erhöhen, ohne dass dadurch-eine fehlerhafte Funktion für das Tonfrequenzfilter 19 und .den Tonfrequenzdetektor 15 verursacht wird.

Wenn es wünschenswert ist, die Geschwindigkeit für den Energieabbau im Filter weiter zu vergrössern, kann der die Frequenz bestimmende Widerstand 48 in seinem Wert so verändert werden, .dass die Filterfrequenz auf die Mittelfrequenz des nächsten Tonfrequenzsignals der Folge verschoben wird. Diese Frequenzänderung für das Tonfrequenzfilter wirkt sich in der Weise aus, dass die Geschwindigkeit des Energieabbaues erhöht wird. Die in zweifacher Hinsicht wirksame Umschaltung kann auch kombiniert Anwendung finden, d.h. die Vergrösserung der Bandbreite und die Frequenzänderung können zusammen für die Erhöhung der Geschwindigkeit des Energieabbaues benutzt werden, wodurch

es möglich wird, die Geschwindigkeit wesentlich zu vergrössern, mit der die einzelnen aufeinanderfolgenden Tonfrequenzsignale empfangen werden.

- 13 - Zur

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Zur notwendigen Umschaltung der Frequenz und der Bandbreite des Tonfrequenzfilters 19 dient ein Schaltnetzwerk 55· Dieses Schaltnetzwerk 55 umfasst eine Vielzahl von Schaltstufen 59»· 66, 73, 81 und 89, die Jeweils parallel zum Widerstand.48 und zum Kondensator 49 geschaltet sind. Die Darstellung gemäss Fig. 2 zeigt nur fünf derartige Schaltstufen, obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform elf Stufen dieser Art vorhanden sind.

Die Schaltstufe 59 im Netzwerk 55 umfasst einen Kondensator 60, der auf der einen Seite mit dem Kondensator 49 und auf der anderen Seite mit der Drain-Elektrode 61 eines Feldeffekttransistors 62 verbunden ist. Die Source-Elektrode 63 dieses Feldeffekttransistors 62 ist mit der anderen Seite des Kondensators 49 verbunden. Die Gate-Elektrode 64 des Feldeffekttransistors 62 liegt an einer Klemme 65, an welcher der Taktgeber 22 gemäss Fig. 2 angeschlossen ist. Die Schaltstufe 59 liegt parallel zum Kondensator 49, der die Bandbreite bestimmt. Die Serienschaltung des -Kondensators 60 mit dem Feldeffekt-transistor 62 stellt ein Netzwerk für die Änderung der Bandbreite des Tonfrequenzfilters 19 dar. Die Schaltstufe 66 umfasst einen Widerstand 67, dessen eine Seite mit dem Wider- · stand 48 und dessen andere Seite mit der Drain-Elektrode 68 eines Feldeffekttransistors 69 verbunden ist. Die Source-Elektrode 70 dieses Feldeffekttransistors liegt an der anderen Seite des Widerstandes 48, wogegen die Gate-Elektrode 7I mit einer Klemme 72 verbunden ist. Diese Klemme 72 ist über eine der Leitungen 24 mit der Frequenzsteuerschaltung 23 gemäss Fig. 1 verbunden. Damit ist die Schalt stufe 66 effektiv parallel zu dem die Frequenz bestimmenden Widerstand 48 und der Schaltstufe 59 geschaltet. Die Serienschaltung des Widerstandes 67 mit dem Feldeffekttransistor 69 stellt ein Netzwerk zur Änderung der Frequenz des Tonfrequenzfilters 19 dar.

- 14 - Die

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Die Schaltstufe 73 umfasst einen Widerstand 7^₅ der mit seiner einen Seite am Widerstand 48 und mit seiner anderen Seite an der Drain-Elektrode 75 eines Feldeffekttransistors 7° liegt. Die Source-Elektrode 77 dieses Feldeffekttransistors 76 ist mit der anderen Seite des Widerstandes 48 verbunden, wogegen die Gate-Elektrode 78 an einer Klemme 79 liegt. Diese Klemme 79 steht mit einer der Leitungen 24 zur Frequenzsteuerschaltung 23 gemäss Fig. 1 iji Verbindung. Auch diese Schaltstufe liegt effektiv parallel zu dem frequenzbestimmenden Widerstand 48 und der Schaltstufe 66, wodurch ein weiteres Netzwerk für die Änderung der Frequenz des Tonfrequenzfilters 19 vorhanden ist» - ·

Die Schaltstufe 81 umfasst einen Widerstand 82, der ebenfalls mit der einen Seite am Widerstand 48 und mit der anderen Seite an der Drain-Elektrode 83 eines Feldeffekttransistors 84 liegt. Die Source-Elektrode 85 dieses Feldeffekttransistors 84 ist mit der anderen Seite des Widerstandes 48'verbunden, wogegen die Gate-Elektrode 86 an einer Klemme 87 liegt. Diese Klemme 87 verbindet die Gate-Elektrode mit der Frequenzsteuerschaltung 23 über eine der Leitungen 24 „ Diese Schaltstufe 81 hat dieselbe Funktion wie die Schaltstufen 66 und 73 und liegt effektiv ebenfalls parallel zu diesen und dem Widerstand 48.

Auch die Schaltstufe 89 umfasst einen Widerstand 90, der mit der einen Seite an dem Widerstand 48 und mit der anderen Seite an der Drain-Elektrode 91 eines Feldeffekttransistors 92 liegt. Die Source-Slektrode 93 dieses Feldeffekttransistors 92 ist mit der anderen Seite ties Widerstandes 48 verbunden, wogegen die Gate-Elektrode 94 an einer Klemme 95 liegt. Diese Klemme 95 steht über einen der leiter 24 mit der Frequenzsteuer-, schaltung 23 gemäss Fig- 1 in Verbindung. Die Schaltstufe 89 hat dieselbe Funktion wie die Schaltstufen 56., 73 und 81 und liegt auch parallel zu dem frequenzbestimmenden Widerstand sowie dem-die Bandbreite bestimmenden Kondensator 49 im Ton-

- 15 — ' fre quenzfilter 403821/0811

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frequenzfilter 19 sowie parallel zu den .übrigen Schaltstufen. Ein Vorspannungswiderstand 96 liegt zwischen Massepotential und dem Verbindungspunkt der Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren 62, 69, 76, 84 und 92. Dieser Widerstand 96 sorgt für die notwendige Vorspannung beim Betrieb der einzelnen Feldeffekttransistoren.

Im Betrieb wird das Steuersignal von dem Taktgeber 22 an die Gate-Elektrode 64 des Feldeffekttransistors 62 in der Schaltstufe 59 angelegt und bewirkt, dass dieser Feldeffekttransistor leitend wird. Über den leitenden Feldeffekttransistor 'ist der Kondensator 16 parallel zu dem die Bandbreite bestimmenden Kondensator 49 im Tonfrequenzfilter 19 geschaltet. Die kombinierte kapazitive Reaktanz der Kondensatoren 60 und 49 bewirkt eine Vergrösserung der Bandbreite des Tonfrequenzfilters 19· Das Steuersignal vom Taktgeber 22 wird an den Feldeffekttransistor 62 für eine bestimmte Zeitdauer angelegt. Wenn das Steuersignal abfällt, wird der Feldeffekttransistor 62 wieder nicht leitend, so dass auch der Kondensator 60 nicht mehr parallel zum Kondensator 49 geschaltet ist und das Filter 19 wieder die Bandbreite annimmt, welche durch den Wert des Kondensators 49 bestimmt wird.

Das Steuersignal;von der Frequenzsteuerschaltung 43 wird an die Gate-Elektrode 71 des Feldeffekttransistors 69 in der Schaltstufe 66 über e.ine der Leitungen 24 angelegt und bewirkt, dass der Feldeffekttransistor 69 leitend wird. Der leitende Feldeffekttransistor 69 schaltet den Widerstand 67 parallel zu dem die Frequenz bestimmenden Widerstand 48 im Tonfrequenzfilter 19. Durch die Parallelschaltung der beiden Widerstände wird die Mittelfrequenz des Tonfrequenzfilters 19 entsprechend geändert. Durch das Abschalten des Steuersignals geht der Feldeffekttransistor 69 wieder in den nicht leitenden Zustand über, wodurch der Widerstand 67 nicht mehr parallel zum Widerstand 48 geschaltet ist und somit das Tonfrequenzfilter wieder die

- 16 - ' Mittelfrequenz U09821/0811

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Mittelfrequenz annimmt, welche von dem Werfe des Widerstandes 4-8 bestimmt wird.

Die Schaltstufen 73, 81 und 89 arbeiten Jeweils in einer der Schaltstufe 66 entsprechenden Weise, wenn von der Frequenz-., steuerschaltung 23 aus geeignete Steuersignale an diese angelegt werden. Jede einzelne Schaltstufe 66, 73» 81 oder 85 kann individuell, aktiviert werden, um entsprechend die Mittelfrequenz des Tonfrequenzfilters 19 zu verschieben, wobei es Jedoch auch möglich ist, eine beliebige Anzahl dieser Schaltstufen gleichzeitig zu betätigen, so dass durch die entsprechende Parallelschaltung der Widerstände die Mittelfrequenz des Tonfrequenzfilters 19 entsprechend verschoben wird.

In der dargestellten Ausführungsform ist es vorteilhaft, gleichzeitig Kombinationen von Schaltstufen zu betätigen, um das Tonfrequenzfilter 19 auf die Jeweilige, dem gewünschten . Kode entsprechende Tonsignalfrequenz abzustimmen. Durch die Kombination der Netzwerke kann für Jeden Feldeffekttransistor eine verringerte Schaltergrösse Verwendung finden, so dass das gesamte Schaltnetzwerk" in integrierter. Schaltkreisform einfacher herzustellen ist. Die Verwendung von Feldeffekttransistoren zur Umschaltung der Schaltstufen 59, 66, 73, 81 und 89 lässt die notwendige Umschaltung mit einer minimalen Leistung zu und gewährleistet auch die hohe notwendige Entkopplung zwischen der Frequenzsteuerschaltung 23 und dem Tonfrequenzfilter 19· Abgesehen davon lassen sich Feldeffekttransistoren auch sehr leicht in integrierter Schaltkreisform verwirklichen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren zusammengeschaltet und zu einem gemeinsamen Bezugspunkt am Verbindungspunkt des Widerstandes 96 mit dem Widerstand 48 geführt. Die Verwendung eines gemeinsamen Bezugspunktes eliminiert die Möglichkeit einer gegenseitigen Beeinträchtigung der Schaltstufen, so dass keine Isolation zwischen den einzelnen Feldeffekttransistor-Schalt-

- - 17 - ' stufen

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A?

stufen erforderlich'ist. Durch dieses Entfallen einer notwendigen Isolation zwischen den einzelnen Schaltstufen lässt sich die Integration der Elemente in einer einzigen integrierten -Schaltung wesentlich erleichtern.

Eine Schwierigkeit, die jedoch in Verbindung mit dem Anschluss der einzelnen Source-Elektroden an einen gemeinsamen Bezugspunkt auf einem integrierten Halbleiterplättchen auftritt, besteht darin, dass dieser gemeinsame Bezugspunkt notwendigerweise einen verhältnismässig grossen Flächenbereich überdeckt und damit eine Kapazität zwischen der Source-Elektrode und dem Substrat des integrierten Halbleiterplättchens entstehen lässt. Diese Kapazität könnte sich .nachteilig auf die Arbeitsweise des Tonfrequenzfilters 19 auswirken, wenn die Source-Elektrode mit dem Eingang des Operationsverstärkers 50 verbunden wird. Dies ergibt sich aus der ungünstigen Belastung des Eingangs des Operationsverstärkers 50- Um diese Schwierigkeit zu eliminieren, werden die zusammengeschalteten Source-Elektroden mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 43 verkoppelt. Die Impedanz am Ausgang des Operationsverstärkers 43 ist derart, dass sie nicht von der Kapazität beeinflusst wird, die zwischen den Source-Elektroden und dem Substrat des integrierten Halbleiterplättchens auftritt.

Wenn einer oder mehrere Feldeffekttransistoren eingeschaltet werden, entsteht jedoch auch eine Kapazität zwischen der Drain-Elektrode und dem Substrat, die am Eingang des Operationsverstärkers 50 wirksam ist. Diese Drain-Substratkapazität wirkt jedoch mit der Source-Substratkapazität zusammen und bewirkt eine Shunt-Kapazität für den die Bandbreite-bestimmenden Kondensator 49, die parallel zu diesem Kondensator liegt. Diese Shunt-Kapazität kann die Bandbreite des Tonfrequenzfilters 19 nachteilig vergrössern. Uni diesen Einfluss zu eliminieren, wird das Substrat des integrierten Halbleiterplättchens direkt mit entweder einem Wechselstrom— oder

- 18 - Gleichstrom-

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.Gleichstrommässepotential verbunden. Die Source-Substratkapazität und die Drain-Substratkapazität wirken dann als kleine kapazitive Last gegen Masse am Ausgang und am Eingang der Operationsverstärker 4-3 und 50. Wegen der Grosse der in Präge kommenden Kapazitäten und der tatsächlichen eingangsseitigen und ausgangsseitigen Impedanzen der aktiven Filterverstärker ergibt sich hieraus nur eine minimale Belastung der Verstärker.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, dass es möglich ist, ein Filter mit veränderlicher Frequenz und veränderlicher Bandbreite zu schaffen, über welches, selektiv eine Vielzahl von TonfrequenzSignalen nacheinander übertragen werden können. Die Übertragung der Vielzahl der Tonfrequenzsignale kann sehr rasch nacheinander erfolgen, da die im Filter gespeicherte Energie sehr rasch entsprechend der selektiven Verbreiterung der Filterbandbreite abfällt. Das Tonfrequenzfilter umfasst Schaltstufen, die gegeneinander in hohem Masse entkoppelt bzw. isoliert sind,und ferner eine Logikschaltung, welche die Steuersignale liefert, die für den Betrieb des Filters notwendig sind. Das Schaltnetzwerk hat ferner den Vorteil, dass es aufgrund seines Aufbaues sehr einfach in.integrierter Schaltkreisform ausgeführt werden kann, um somit in Verbindung mit dem Tonfrequenzfilter und der Logikschaltung die. Möglichkeit eines tonfrequenzumschaltbaren Detektors zu schaffen, der auf eine Vielzahl bestimmter Tonfrequenzsignale in rascher Folge nacheinander anspricht.

- 19 - Patentansprüche

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Claims

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1.) Frequenzumschaltbarer Tonfrequenzdetektor für den Empfang und die Übertragung einer Vielzahl von Tonfrequenzsignalen in einer Folge, mit einem Tonfrequenzfilter, dadurch gekennze ichnet, dass das Tonfrequenzfilter ein erstes Schaltkreiselerneut (48), mit welchem die über das Filter übertragene Tonsignalfrequenz festlegbar ist, und ein zweites Schaltkreiselement (49) um^fasst, mit welchem die Bandbreite des Filters festlegbar ist, dass mit dem Filter Schalteinrichtungen (20, 21, 22, 23) gekoppelt sind, die mit dem Filter derart zusammenwirken, dass in Abhängigkeit von jedem angelegten Tonfrequenzsignal der Folge die Übertragungsfrequenz des Filters auf die jeweilige zu übertragende Tonsignalfrequenz veränderbar ist, und dass mit den. Schalteinrichtungen die Bandbreite des Filters ver'grosserbar ist, um die Geschwindigkeit des Energieabbaues zu erhöhen, wodurch ein nachfolgend zu übertragendes Tonfrequenzsignal nach einer kürzeren Zeitdauer übertragbar ist.

2. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch I₁ dadurch g e kennzeichnet, dass die Schalteinrichtungen einen NE-Detektor (20) umfassen, der mit dem Tonfrequenzfilter (19) gekoppelt ist und ein Erfassungssignal in Abhängigkeit von jedem über das Filter übertragenen Tonfrequenzsignal, der Folge erzeugt, und dass die Schalt-, einrichtungen eine Logikschaltung (21, 22, 23) umfassen,

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die auf jedes Erfassungssignal anspricht und Steuer-. signale zur Änderung der Übertragungsfrequenz des Filters auf die Frequenz des nachfolgenden Tonfrequenzsignals liefer-t. "

3.. ' Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtangen ferner ein erstes Schaltnetzwerk (66, 73, 81, 89) umfassen, das mit dem ersten Schaltkreiselement (48) und der Logikschaltung (21, 22, 23) gekoppelt ist und auf die Steuersignale derart anspricht, dass die auf die Übertragung eines Tonfrequenzsignals abgestimmte Übertragungsfrequenz des Filters auf eine dem nächsten Tonfrequenzsignal der Folge zugeordnete Übertragungsfrequenz veränderbar ist, und dass ein zweites Schaltnetzwerk (59) mit dem zweiten Schaltkreiselement (4-9) und dem NF-Detektor gekoppelt ist und auf das Erfassungssignal-derart anspricht, dass die Bandbreite des Filters vergrössert '. wird, um die Geschwindigkeit des Energieabbaues im Filter zu vergrössern.

4. Tonfrequenzdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz e ichne t, dass das TonfrequenzfiLter als mehrstufiges aktives Filter aufgebaut ist. ■

5- Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 3 oder 4·, dadurch gekennz e i chne t, dass das erste Schaltkreiselement (48) ein erster Widerstand ist, dass das erste Schaltnetzwerk zumindest eine Schaltstufe (66, 73, 81,. 89) umfasst, wobei diese zumindest eine Schaltstufe entsprechend zumindest einen zweiten Widerstand (67, 7^, .82, 9*0)- sowie einen Schalter (69, 76, .84-, 92) umfasst, wobei die Schaltstufe mit dem ersten Schaltkreiselement und der Logikschaltung gekopp'elt ist, und dass der

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Schalter in Abhängigkeit von den Steuersignalen betätigbar ist, um selektiv den zweiten Widerstand an den ersten Widerstand anzukoppeln, um die Übertragungsfrequenz des Tonfrequenzfilters auf eine andere Übertragungsfrequenz entsprechend einem Tonfrequenzsignal der Folge zu ändern.

6. Tonfrequenzdetektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltkreiselement (49) eine erste Reaktanz ist, dass das zweite Schaltnetzwerk eine zweite Reaktanz (60) und einen Schalter (62) umfasst, die mit der ersten Eeaktanz und dem NF-Detektor derart gekoppelt sind, dass beim Aktivwerden des· Schalters in Abhängigkeit von dem Erfassungssignal die· zweite Reaktanz an die erste Reaktanz ankoppelbar ist, um die Bandbreite des Filters zu vergrössern.

7· Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 5? dadurch g e kennze ichnet, dass der Schalter aus einem Feldeffekttransistor besteht, dessen Drain-Source-Strecke in Serie zum zweiten Widerstand (67, 74, 82, 90) liegt und dessen Gate-Elektrode mit der Logikschaltung (21, 22, 23) verbunden ist, und dass der Feldeffekttransistor und der zweite Widerstand parallel zum ersten Widerstand geschaltet sind,

8. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter ein Feldeffekttransistor ist, dessen Drain-Source-Strecke. in Serie zu der zweiten Eeaktanz geschaltet ist, dass die Gate-Elektrode mit dem NF-Detektor gekoppelt ist, und dass die zweite Reaktanz und der Feldeffekttransistor parallel zur ersten Reaktanz geschaltet sind.

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9. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Reaktanz von einem Kondensator gebildet sind. · -

10. Tonfrequenzdetektor nach einem oder mehreren der Ansprüche -Ί bis 9, dadurch gekenn-ze ichnet,' dass das Tonfrequenzfilter eine Verstärkung aufweist, die in Abhängigkeit von der Bandbreite veränderbar ist, wobei das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite konstant ist. .

11. Tonfrequenzdetektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge.kennze ichnet, dass das zweite Schaltkreiselement bzw. die erste Reaktanz (49) in Abhängigkeit von dem angekoppelten Erfassungssignal die Bandbreite des Filters für eine vorgegebene Zeitdauer vergrössert. ■ .

12. Tonfrequenzdetektor nach einem oder mehreren der Ansprüche'l bis 11, dadurch g " e'k e η η ζ e ichnet, dass die Logikschaltung einen Zähler (21) umfasst, der die Erfassungssignale auszählt und in.Abhängigkeit von jedem Zählstand Steuersignale liefert.

13. Tonfrequenzdetektor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung einen Taktgeber umfasst, der mit dem NF-Detektor und dem zweiten Schaltnetzwerk (59) gekoppelt ist, und dass der Taktgeber in Abhängigkeit von dem Erfassungssignal das zweite Schaltnetzwerk für die vorgegebene Zeitdauer einschaltet und das Erfassungssignal beendet., und dass der Taktgeber ferner mit dem Zähler gekoppelt ist, um in Abhängigkeit von dem Fehlen eines Erfassungssignals den Zähler zurückzustellen.

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