DE2355700C3

DE2355700C3 - Frequenzumschaltbarer Tonfrequenzdetektor

Info

Publication number: DE2355700C3
Application number: DE2355700A
Authority: DE
Inventors: Ronald E. Plantation Fla. Poorvin
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1972-11-07
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1986-01-09
Also published as: FR2205779A1; ZA738270B; DE2355700A1; BR7308706D0; US3803429A; IL43528A; FR2205779B1; IL43528A0; JPS5330561B2; AU6185673A; AU474076B2; GB1412897A; HK65176A; JPS4979653A; DE2355700B2; CA985753A; AR201118A1

Description

Die Erfindung betrifft einen frequenzumschaltbaren Tonfrequenzdetektor zum Feststellen von in einer festgelegten Reihenfolge auftretenden Tonfrequenzsigna-

Ien mit einem Tonfrequenzfilter, dessen Übertragungsfrequenz durch ein erstes Schakkreisetemcnt und dessen Übertragungsbandbreite durch ein zweites Schaltkreiselement bestimmt ist und bei dem mittels einer logischen Steuerschaltung die Übe^ragungsfrequenz des Tonfrequenzfilters auf die nächstfolgende Tonsignalfrequenz der Folge umgeschaltet wird.

Ein derartiger Tonfrequenzdetektor ist aus der US-PS 36 70 242 bekannt Weiterhin ist aus der französischen Patentschrift 21 28 019 ein adaptives Filter be-

kannt, dessen Übertragungsfrequenz und dessen Bandbreite einstellbar sind. Dieses Filter findet für Kommunikationszwecke und insbesondere zur Sprachanalyse Verwendung.
Weiterhin ist es aus der Veröffentlichung »IEEE Transactions on Audio and Electroacustics, Vol. AU-16, Nr. 2, Juni 1968, Seiten 165 bis 168« bekannt, wie adaptive Filter, gemäß der französischen Patentschrift 21 28 019 verwendet werden, um eine Sprachanalyse durchzuführen. Dabei tritt insbesondere das Problem auf, eine Nachrichtenverbindung über Kanäle mit hohem Rauschpegel aufrechtzuerhalten, wobei adaptive Filter Verwendung finden, deren Parameter sich mit der Form des Sprachsignals ändern.
Weiterhin ist aus der Veröffentlichung »IBM Technical Disclosure Bulletin, Mai 1970, Seite 2098« ein adaptives Filter beschrieben, mit welchem hochfrequentes Rauschen unterdrückt wird und Gleichstromsignale für eine Prozeßsteuerung übertragen werden.
Es ist auch allgemein bekannt, im Hinblick auf die

Übertragung eines bestimmten Frequenzbandes Filter programmierbar oder umschaltbar auszubilden. Die Anwendungsmöglichkeiten für derartige programmierbare Filter werden durch die Verwendung von aktiven

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Filifern vergrößert, weil bei der Verwendung solcher bestimmten, in einer Folge auf tretenden Tonfrequenzsi-Filter weniger Komponenten geändert werden müssen,- gnalen dient Der Tonfrequenzdetektor 15 kann reit um die Frequenz eines solchen aktiven Filters zu verän- dem NF-Verstärker 12 gekoppelte Schaltungsteile umdern. Derartige Filter benötigen jedoch eine bestimmte fassen, um den NF-Verstärker 12 in dem Einschaltzu-Einschwingzeit, die nachfolgend auch als Zeit für den 5 stand so lange zu halten, bis die korrekte Tonfrequenz- ^? Aufbau von Energie im Filter bezeichnet wird Damit ist folge vom Detektor 15 festgestellt ist. Sodann liefert der

i die Erscheinung angesprochen, daß im Filter in Abhän- Tonfrequenzdetektor 15 ein selektives Squelchsignal,

■ gigkeit von einem bestimmten Tonfrequenzsignal zu- das die NF-Signalwiedergabe nur beim Empfang der =' nächst eine bestimmte Energie aufgebaut und schließ- vorgegebenen bestimmten Tonfrequenzfolge zuläßt

■ lieh auch wieder abgebaut werden muß, bevor ein ande- io Bei der dargestellten Ausführungsform sind fünf v- res Tonfrequenzsignal über dasselbe Filter übertragen nacheinander empfangene bestimmte Tonfrequenzsi- -^ werden kann. Dadurch wird die Aufnahme von Tonfre- gnale notwendig, um den Tonfrequenzdetektor 15 in ί quenzsignalen in rascher Folge verhindert. Betrieb zu setzen. Jedes Tonfrequenzsignal hat eine Ϊ-. Derartige Tonfrequenzrilter sind bei selektiven Si- Zeitdauer von 33 Millisekunden. Das erste TonfΓεν, gnalsystemen vorteilhaft einsetzbar; insbesondere bei 15 quenzsignal der bestimmten Folge wird vom Diskrimi- \i selektiven Rufsystemen. Solche Systeme senden jedoch nator der Empfangsstufe 11 an das Tonfrequenzfilter 19 'φ. die einzelnen Tonfrequenzsignale in rascher Folge hin- angelegt Mit Hilfe einer nachfolgend näher erläuterten '£ tereinancier aus. Demgemäß muß ein in solchen Syste- Schaltung ist das Tonfrequenzfilter 19 auf eine Mittelw men verwendetes Filter in der Lage sein, Signale mit frequenz entsprechend der Frequenz des ersten Tonfre- §j einer bestimmten Tonfrequenzfolge aufzunehmen und 20 quenzsignals abgestimmt Das Tonfr^uenzfilter 19 hat is zu übertragen. einen bestimmten Energieaufbau- und -abbaufaktor in §. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dnen fre- Abhängigkeit von der Tonsignalfrequenz, auf welche S quenzumschaltbaren Tonfrequenzdetektor der ein- das Filter abgestimmt ist Das erste bestimmte Tonfre- Ii gangs näher erläuterten Art zu schaffen, bei welchem quenzsignal verursacht den Energieaufbau im Fiiter 19 Ü; die Aufnahme von Tonfrequenzsignalen in besonders 25 und wirrt dann über das Filter 19 zum NF-Detektor 20

^: I rascher Folge gewährleistet ist gekoppelt Wenn das Tonfrequenzsignal an den NF-De-•! Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, tektor 20 für eine bestimmte Zeitdauer angelegt wird, r daß durch jedes vom Tonfrequenzfilter übertragene wird ein Aufnahmesignal erzeugt Dieses Aufnahmesi- ;', Tonfrequenzsignal der Folge in der Detektoreinrich- gnal wird zum Zähler 21 weiterüberirsgen und ändert : tung ein Aufnahmesignal gebildet wird, mit welchem 30 dessen Betriebszustand von einem Zählstand Null an nach der Feststellung eines Tonfrequenzsignals das einen Zählstand Eins. Das Aufnahmesignal wird auch an Tonfrequenzfilter für eine gegebene Zeitdauer zum ra- einen Taktgeber 22 angelegt, der aus einer Anzahl moscheren Abbau der Tonfrequenzenergie auf eine größe- nostabiler Multivibratoren bekannter Art bestehen re Bandbreite umgeschaltet wird. kann, die ihren Schaltzustand in Abhängigkeit von ei-Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Aus- 35 nem geeigneten Eingangssignal ändern und in dem neuführungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben en Schaltzustand für eine bestimmte Zeitdauer verharsich aus den Unteransprüchen. ren, um dann wieder in ihren ursprünglichen Schaltzu- '■' Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einem fre- stand zurückzufallen. Der Taktgeber 22 kann a-!ch in ■: quenzumschaltbaren Tonfrequenzfilter mit einem NF- Form eines bekannten Zählers ausgebildet sein, der Detektor verwendbar, mit dem eine Vielzahl von Ton- 40 beim Empfang eines Eingangssignal zurückgestellt frequenzsignalen in rascher Folge aufgenommen wer- wird und einen neuen Zählzyklus beginnt Bei der beden sollen. Folglich ist gemäß der Erfindung dsr wesent- schriebenen bevorzugten Ausfühnjngsform wird ein :'- liehe Vorteil erreichbar, daß in selektiven Rufsystemen solcher Zähler für den Taktgeber 22 verwendet.
L der einzelnen Tonfrequenzsignale mit außerordentlich Der Taktgeber 22 wird beim Empfang eines Aufnahrascher Folge hintereinander ausgesandt werden kön- 45 mesignals zurückgestellt und beginnt mit einem neuen f.; nen. Zählzyklus. Nach einer bestimmten Zeitdauer nach dem f Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol- Beginn des neuen Zählzyklus wird ein erstes Taktsignal

■ gend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt erzeugt In der dargestellten Ausführungsform ist die " Fig. 1 das Blockdiagramm eines selektiven Signal- bestimmte Zeitdauer4 Millisekunden lang. Dieses erste :^: empfängers mit einem frequenzumschaltbaren Tonfre- 50 Taktsignal wird vom Taktgeber 22 zum Tonfrequenzfil-■;: quenzdetektor sowie mit einem frequenzumschaltbaren ter 19 übertragen. Dieses Tonfrequenzfilter 19 vergrö-

Tonfrequeiizfilter und Bert in Abhängigkeit von dem angelegten Rückstellsi-F i g. 2 ein Schaltbild des frequenzumschaltbaren gnal yine Bandbreite für die bestimmte Zeitdauer, wäh- ;i Tonfrequenzfilters .gemäß F ig. 1. rend welcher vom Taktgeber 22 das erste Taktsignal Γ Der Signalempfänger gemäß Fig. 1 empfängt NF- 55 erzeugt wird. Die Vergrößerung der Bandbreite des V modulierte sowie mit bestimmten Tonfrequenzsignalen Tonfrequenzfilters 19 bewirkt eine Vergrößerung der .::■. modulierte HF-Signale über eine Antenne 10 mit einer Geschwindigkeit des Energieabbaues für die im Filter ;' Empfangsstufe 11. Die Empfangsstufe It kann in her- gespeicherte Tonfrequenz-Signalenergie. Der Betrag kömmlicher Weise als FM-Empfänger mit Doppelüber- der Vergrößerung der Geschwindigkeit des Energieablagerung aufgebaut sein. Die HF-Signale werden in der 60 baues ist pioportional dem Betrag der Vergrößerung Si Empfangsstufe 11 demoduliert und die daraus abgeleite- der Filterbandbreite. Unter der Vergrößerung der Ge- ψ ten bestimmten Tonfrequenzsignale sowie die NF-Si- schwindigkeit des Energieabbaues für das Tonfrequenzf gnale einem NF-Verstärker 12 zugeführt Die im NF- signal versteht man, daß die in dem Tonfrequenzfilter 19 J· Verstärker 12 verstärkten Signale werden an einen gespeicherte Energie rascher abgebaut wird. Durch die- ; . Lautsprecher 13 zut Wiedergabe weitergeleitet. S5 sen rascheren Abbau der Toiifrequenz-Signalenergie im ; Mit dem Diskriminator der Empfangsstufe 11 ist ein Tonfrequenzfilter 19 kann das Filter nach einer kürze- ;'^: frequenzumschaltbarer'rynfrequenzdetektor 15 gekop- ren Zeitdauer auf eine nachfolgende Tonsignalfrequenz pelt, der dem Empfang einer gegebenen Anzahl von in der Tonfrequenzfolge ansprechen. Bei der dargestell-

ten 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 NF-Detektor 20 baut die Tonfrequenz-Signalenergie ab, die in Abhän- s gigkeit vom letzten Ton aufgebaut wurde. Je rascher dieser Abbau der Tonfrequenz-Signalenergie im NF-Detektor 20 erfolgt, um so rascher kann dieser Detektor auch auf ein nachfolgendes Tonfrequenzsignal der Folge ansprechen.

Wie bereits erwähnt, erzeugt der Zähler 21 ein erstes Zählsignal in Abhängigkeit von der Feststellung des ersten Tonfrequenzsignals. Dieses Zälilsignal 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 Zählsignai 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 Verfugung 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, weiche von der Frequenzstcucrschaitung 23 an das Tonfrequenzfilter 19 übertragen werden, bewirken, daß sich dessen Mittelfrequenz zur Frequenz des zweiten Tonfrequenzsignals der vorgegebenen Tonfrequenzfolge verschiebt

Das zweite, dritte, vierte und fünfte Tonfrequenzsignal der Foige 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 usw. jede Signalerfassung durch den NF-Detektor 20 bewirkt eine Rückstellung des Taktgebers 22 und die Erzeugung eines ersten Taktsignals, welches an das Tonfrequenzfilter 19 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 wesentlich vergrößert und der NF-Detektor 20 entsprechend beeinflußt |ede 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 Tönfrequenzsignals 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-Stärke auszulösen und diese zum Lautsprecher 13 zu übertragen.

Wenn die Nachrichtenübertragung beendet ist, kann der Benutzer einen Rückstellschalter 34 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 45 Millisekunden nachdem dieser zurückgestellt wurde. Dieses zweite Taktsignal wird dem Zähler 21 zugeführt und bewirkt dessen Zurückstellung auf den Zählstand Null. Die Frequenzsteuerschaltung 23 erzeugt in Abhängigkeit von dem Zählstand Null Steuersignale, die über die Leitungen 24 dem Tonfrequenzfilter 19 zugeführt werden. Diese Steuersignale bewirken, daß die Mittelfrequenz 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 Tonfrecjuenzsignale der Folge nicht über das Tonfrequenzfilter 19 zum NF-Detektor 20 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 Eingang einer falschen Tonfrequenzfolge z. B. das dritte Tonfrequenzsignal falsch ist, wird dieses nicht zum Tonfrequenzfilter 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 21 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 42 mit dem Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 43 verbunden. Zu diesem Operationsverstärker 43 liegt ein Kondensator 44 parallel. Der Ausgang des Operationsverstärkers 43 ist mit der AusgangskJemme 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 dem Verbindungspunkt 37 in Verbindung steht d. h. an den Eingang des Operationsverstärkers 38 angeschlossen ist Die Operationsverstärker 38, 43 und 50 haben ie-

wcils 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 Additionsstufe. Der Operationsverstärker 43 mit dem parallel geschalteten ir jndensator 44 und der Operationsverstärker 50 mit dem parallel geschalteten Kondensator 51 arbeiten als Integrationsstufen. Der Aufbau von aktiven Filtern aus Operationsverstärkern gemäß F i g. 2 ist bekannt, und das Filter arbeitet in der dargestellten Konfiguration als Bandpaßfilter.

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

W₀ = K//?48

(1)

wobei K = Λ39/Α52 · I/Ä42/C44 · I/C51 ist.

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

B = KC₄₉.

A =

C51/G9.

=2/5

10

IS

20

(2)

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

25

(3)

30

Au., diesen Angaben läßt sich ableiten, daß durch Änderung von Ras die Resonanzfrequenz des aktiven Bandpaßfilters geändert werden kann, ohne die Bandbreite und die Verstärkung zu beeinflussen. Durch Programmierung der Werte für den Widerstand Ras 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 Tonfrequenzsignal 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:

(4)

50

in entsprechender Weise nimmt das Ausgangssignal un ilcr Ausgangsklemme 46 mit derselben Zeitkonstante ab. wenn die Ansteuerung des Filters mit einem Signal. ;iuf welches das Filier 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 vergrößern, mit welcher die Tonfrequenzsignale aufgenommen werden können. Wie sich aus der Gleichung (4) ergibt, nimmt die Geschwindigkeit für den Energieabbau im Filter 19 proportional zu jeglicher Vergrößerung der Bandbreite zu. Eine Vererößerune der Bandbreite allein kann jedoch unerwünscht sein, da sie eine zusätzliche Übertragung von Energie im benachbarten Bandbereich 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 Tonfrequenzfilter 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 Bandbreitenvergrößerung dazu zu benutzen, um die Geschwindigkeit des Energieabbaues im Tonfrequenzfilter 19 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 kombinierte 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.

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 F i g. 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-Eiektrode 6i 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 F i g. 2 angeschlossen ist Die Schaltstufe 59 liegt parallel zum Kondensator 49, der die Bandbreite bestimmt Die Serienschaltung des Kondensators 60 mit dem Feldeffekttransistors 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 Widerstand 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 71 mit einer Klemme 72 verbunden ist Diese Klemme 72 ist über eine der Leitungen 24 mit der Tonfrequenzsteuerschaltung 23 gemäß F i g. 1 verbunden. Damit ist die

Schaltstufe 66 effektiv parallel zu dem die Frequenz bestimmenden Widerstand 48 und der Schaltstufe 59 geschaltet. Die Serienschaltung des Widerstandes 67 mit dem Feldeffekttransistors 69 stellt ein Netzwerk zur Änderung der Frequenz des Tonfrequenzfilters 19 dar.

Die Schaltstuf« 73 umfaßt einen Widerstand 74. der mit seiner einen Seite am Widerstand 48 und mit seiner anderen Seite un der Drain-Elektrode 75 eines Feldeffekttransistors 7b' liegt Die Source-EIektrode 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 F i g. 1 in Verbindung. Auch diese Schaltstufe 73 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 Wirferstand 82, der ebenfalls mit der einen Seite am Widerstand 48 und mit der anderen Seite an der Drain-Elektrode 83 eines FeIdeffektransistors 84 liegt Die Source-EIektrode 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-EIektrode 93 dieses Feldeffekttransistors 92 ist mit der anderen Seite des Widerstandes 48 verbunden, wogegen die Gate-Elektrode 94 an einer Klemme 95 liegt Diese Klemme 95 steht über einen der Leiter 24 mit der Frequenzsteuerschaltung 23 gemäß Fig. 1 in Verbindung. Die Schaltstufe 89 hat dieselbe Funktion wie die Schaltstufen 66, 73 und 81 und liegt auch parallel zu dem frequenzbestimmenden Widerstand *8 sowie dem die Bandbreite bestimmenden Kondensator 49 im Tonfrequenzfilter 19 sowie parallel zu den übrigen Schaltstufen. Ein Widerstand 96 liegt zwischen Massepotential und dem Verbindungspunkt der Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren 62,69, 76, 84 und 92, und er 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. Ober 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 eine 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 nichtleitenden Zustand über, wodurch der Widerstand 67 nicht mehr parallel zum Widerstand 48 geschaltet ist und somit das Tonfrequenzfilter wieder die Mittelfrequenz annimmt welche von dem Wert des Widerstandes 48 bestimmt wird.

Die Schaltstufen 73, 81 und 89 arbeiten jeweils in einer der Schaltstufe 66 entsprechenden Weise, wenr. von der Frequenzsteuerschaltung 23 aus geeignete Steuersignale an diese angelegt werden. Jede einzelne SchaltEtufe 66, 73, S! 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 Mittelfre- quenz 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 Frequenz steuerschaltung 23 und dem Tonfrequenzfilter 19. Abge sehen davon lassen sich Feldeffekttransistoren auch sehr leicht in integrierter Schaltkreisform verwirklichen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Source-Elektroden der Feldeffekttransistoren zusam mengeschaltet und zu einem gemeinsamen Bezugs punkt am Verbindungspunkt des Widerstandes 96 mit dem Widerstand 48 geführt Die Verwendung eines gemeinsamen Bezugspunktes eliminiert die Möglichkeit einer gegenseitigen Beeinträchtigung der Schaltstufen,

so so daß keine Isolation zwischen den einzelnen Feldeffekttransistor-Schaltstufen erforderlich ist Durch dieses Entfallen einer notwendigen Isolation zwischen den einzelnen Schaltstufen läßt sich die Integration der Elemente in einer einzigen integrierten Schaltung wesent- lieh erleichtern.

Eine Schwierigkeit die jedoch in Verbindung mit dem Anschluß der einzelnen Source-Elektroden an einen gemeinsamen Bezugspunkt auf einen integrierten Halbleiterplättchen auftritt besteht darin, daß dieser gemeinsa- me Bezugspunkt notwendigerweise einen verhältnismäßig großen Flächenbereich überdeckt und damit eine Kapazität zwischen der Source-EIektrode und dem Substrat des integrierten Halbleiterplättchens entstehen läßt Diese Kapazität könnte sich nachteilig auf die Arbeitsweise des Tonfrequenzfilters 19 auswirken, wenn die Source-EIektrode mit dem Eingang des Operationsverstärkers 50 verbunden wird. Dies ergibt sich aus der ungünstigen Belastung des Eingangs des Opera-

11

tionsverstärkers 50. Um diese Schwierigkeit zu eliminieren, werden die zusammengeschaltetrfn Source-Elektroden mit derr Ausgang des Operationsverstärkers 43 .'erkoppelt. 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-Kapazitäi für den die Bandbreite bestimmenden Kondensator 49, die parallel zu diesem Kondensator liegt. Diese Shunt-Kapazität kann die Bandbreite des Tonfrequenzfilters 19 nachteilig vergrößern. Um diesen Einfluß zu eliminieren, wird das Substrat des integrierten Halbleiterplä'.tchens direkt mit entweder einem Wechselstrom oder Gleichstrommassepotential verbunden. Die Source-Substratkapazität und die Drain-Substratkapazität wirken dann als kleine kapazitive Last gegen Masse am Ausgang und am Eingang der Operationsverstärker 43 und 50. Wegen der Größe der in Frage 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 sir"* und ferner eine Logikschaltung, welche die Stei"· iale liefert, die für den Betrieb des Filters notwenu.5 sind. Das Schaltnetzwerk hat ferner den Vorteil, daß es aufgrund seines Aufbaues sehr einfach als integrierte Schaltung ausgeführt werden kann, um somit in Verbindung mit dem Tonfrequenzfilter und der Logikschaltung die Möglichkeit eines tonfrequenz-umschaltbaren Detektors zu schaffen, der auf eine Vielzahl bestimmter Tonfrequenzsignale in rascher Folge nacheinand?' anspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzumschaltbarer Tonfrequenzdetektor zum Feststellen von in einer festgelegten Reihenfolge auftretenden Tonfrequenzsignalen mit einem Tonfrequenzfilter, dessen Obertragungsfrequenz durch ein erstes Schaltkreiselement und dessen Übertragungsbandbreite durch ein zweites Schaltkreiselerhent bestimmt ist und bei dem mittels einer logischen Steuerschaltung (21, 22, 23) die Übertragungsfrequenz des Tonfrequenzfilters auf die nächstfolgende Tonsignalfrequenz der Folge umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch jedes vom Tonfrequenzfilter (19) übertragene Tonfrequenzsignal der Folge in der Detektoreinrichtung (20) ein Aufnahmesignal gebildet wird, mit welchem nach der Feststellung eines Tonfrequenzsignals das Tonfrequenzfilter für eine gegebene Zeitdauer zum rascheren Abbau der Tonfrequenzenergie auf eine größere Bandbreite »angeschaltet wird.

2. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stufen eines ersten Netzwerkes (66, 73, 81, 89) mit dem ersten Schaltkreiselement (48) und der logischen Steuerschaltung (21, 22, 23) gekoppelt sind und auf vom Aufnahmesignal abgeleitete Steuersignale derart ansprechen, daß durch Zuschalten von Stufen des ersten Netzwerkes zum ersten Schaltkreiselement die Übertragungsfrequenz des Fibers verändert wird und daß durch Zuschalten eines zweiten Netzwerkes (59) zu dem zweiten Schaltkreiseletnent (49) die Bandbreite des Filters durch ein vom Aufnahmesignal abgeleitetes Steuersignal verändert wird.

3. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonfrequenzfilter als mehrstufiges aktives Filter aufgebaut ist

4. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltkreiselement (48) ein erster Widerstand ist, daß das erste Netzwerk aus zumindest einer Stufe (66, 73, 81, 89} besteht, die entsprechend zumindest einen zweiten Widerstand (67,74. 82, 90) sowie einen Schalter (69, 76,84,92) umfaßt und daß der Schalter in Abhängigkeit von den Steuersignalen betätigt ist, um selektiv den zweiten Widerstand dem ersten Widerstand parallel zu schalten.

5. Tonfrequenzdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltkreiselement (49) eine erste Reaktanz ist, daß das zweite Netzwerk eine zweite Reaktanz (60) und einen Schalter (62) umfaßt, die an die erste Reaktanz und die Detektoreinrichtung (20) derart angeschlossen sind, daß beim Schließen des Schalters in Abhängigkeit von dem Aufnahmesignal die zweite Reaktanz der ersten Reaktanz parallel geschaltet i;t, um dadurch die Bandbreite des Filters zu vergrößern.

6. Top.frequenzdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (69, 76,84,92) aus einem Feldeffekttransistor besteht, dessen Drain-Source-Strecke in Serie zum zweiten Widerstand (64, 74, 82, 90) liegt und dessen Gate-Elektrode mit der Logikschaltung (21,22,23) verbunden ist.

7. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (62) ein Feldeffekttransistor ist, dessen Drain-Source-Strecke in Serie zu der zweiten Reaktanz geschaltet ist, daß die Gate-Elektrode mit den Detektoreinrichtungen gekoppelt ist.

8. Tonfrequenzdetektor nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Reaktanz von einem Kondensator gebildet sind.

9. Tonfrequenzdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonfrequenzfilter eine Verstärkung aufweist, die in Abhängigkeit von der Bandbreite veränderbar ist, wobei das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite konstant ist

10. Tonfrequenzdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung einen Zähler (21) umfaßt, der die Aufnahmesignale zählt und in Abhängigkeit vom Zählerstand Steuersignale an das erste Netzwerk liefert

11. Tonfrequenzdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Steuerschaltung einen Taktgeber (22) umfaßt, der mit der Detektoreinrichtung und dem zweiten Netzwerk (53) gekoppelt ist, daß der Taktgeber in Abhängigkeit von dem Aufnahmesignal das zweite Netzwerk für die vorgegebene Zeitdauer einschaltet, und daß der Taktgeber ferner mit dem Zähler (21) gekoppelt ist, um in Abhängigkeit von dem Fehlen eines Aufnahmesignals den Zähler (21) zurückzustellen.