DE2409888C2 - Schaltungsanordnung zum Umformen von sinusförmigen Eingangssignalen in rechteckförmige Ausgangssignale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umformen von im wesentlichen sinusförmigen Eingangssignalen, die eine Mindestamplitude aufweisen, in regelmäßige rechteckförmige Ausgangssignale konstanter Amplitude, mit einem Operationsverstärker, an dessen einem Eingang das sinusförmige Eingangssignal und an dessen anderem Eingang ein von seinem Ausgangssignal abgeleitetes Signal anliegt

Bekannte derartige Schaltungsanordnungen (»Elektor« Juli/August 1972, Seite 725; »elektronikpraxis«, Oktober 1972, Nr. 10, Seite 78) formen zwar ein Sinussignal in ein brauchbares Rechtecksignal um, sie sind aber zur Verwendung in Empfängern für Tonfrequenzsignale in Fernmeldeanlagen nicht gut geeignet, da sie Eingangssignale, die unter einem vorgegebenen Schwellwertpegel liegen, nicht ausscheiden.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung zum Umformen von sinusförmigen Eingangssignalen (DE-OS 2163 276) wird das Eingangssignal zum Verarbeiten der oberen Halbwelle einem ersten und zum Verarbeiten der unteren Halbwelle einem zweiten Operationsverstärker zugeführt. Zur Bildung des vorgegebenen Schwellwertes werden die beiden Operationsverstärker mit geeigneten festen Eingangsspannungen versorgt. Ihre Ausgänge werden den Eingängen von Torschaltungen mit gegenseitiger Verriegelung zugeführt, so daß ein Ausgangszustand so lange anhält, bis die Eingangssignalspannung den Schwellwert der nächsten Halbwelle überschritten hat Der für diese Schaltungsanordnung erforderliche Aufwand ist groß. Außerdem sind für eine Anzahl m von Signalfrequenzbereichen m unterschiedliche /?C-Kreise im Rückkopplungsweg erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auch zum Einsatz in Tonfrequenzsignalempfängern geeigneten Sinus-Rechteck-Umformer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst, bei der der Ausgang des Operationsverstärkers über einen ersten Widerstand an den Verbindungspunkt eines Spannungsteilers angeschlossen ist der zwischen einem Pol einer zu einem Mittenpotentialsymmetrischen Gleichspannungsquelle und dem Mittenpotential liegt und bei dem an dem Verbindungspunkt das rechteckförmige Ausgangssignal abgegeben wird.

Der für die zulässigen Eingangssignale vorgegebene Pegelschwellwert läßt sich in einfacher Weise mit einer solchen Schaltungsanordnung festlegen, bei der der

to Spannungsteiler einen weiteren Abgriff aufweist von dem das dem anderen Eingang zugeführte Signal abgegriffen wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegen insbesondere darin, daß mit ihr Eingangssignale, die unter einem vorgebbaren Pegelschwellwert liegen, nicht durchgelassen und somit Fehlsignalisierung vermieden werden. Außerdem verringert sich die Anzahl der erforderlichen Betriebsspannungen. Die Signalquelle wird durch keinen dem Eingang des Operationsverstärkers vorgeschalteten Spannungsteiler belastet

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Tonfrequenzempfängers, in dem eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung verwendet wird und

F i g. 2 eine die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung enthaftende Begrenzerschaltung.

Ein Tonfrequenzempfänger (Fig. 1) dient zum Empfangen und Auswerten von Tonfrequenzsignalen, die in einem Fernsprechapparat erzeugt und an den Tonfrequenzempfänger sowie an ein Ziffernregister gesendet werden. Die über eine Eingangsleitung 12 ankommenden Signale sind nach einem Mehrfrequenzcode verschlüsselt.

Die für die Fernsprechsignalisierung verwendeten Frequenzen sind genormt wobei im allgemeinen für die Signale je zwei Frequenzen verwendet werden, die aus acht möglichen Frequenzen ausgewählt werden. Die Frequenzen sind dabei in zwei Frequenzbereiche eingeteilt, und ein gültiges Signal enthält je eine Frequenz aus den zwei Bereichen.

Durch den Tonfrequenzempfänger werden nur die vorgegebenen Frequenzen als zulässig anerkannt die Gleichzeitigkeit der empfangenen Signale überprüft unzulässige Tonfrequenzsignale ausgeschieden und gültige Signale ausgewertet

Die über die Eingangsleitung 12 ankommenden Signale werden in einer Analogschaltung 14 unter anderem in bekannter Weise in ihre Grundfrequenzen getrennt und verstärkt Von der Analogschaltung 14 gelangen die Signale über Ausgangsleitungen 24 und 26 zu einer Begrenzerschaltung 30, die anhand von F i g. 2 erläutert wird. Die Signale des unteren und des oberen Frequenzbereichs werden hier getrennt geführt wobei sie eine ausreichend hohe Amplitude aufweisen müssen.

Die im wesentlichen rechteckförmigen Signale

gelangen über eine Ader 31 zu Bandpaßfiltern des unteren Frequenzbereiches und über eine Ader 32 zu Bandpaßfiltern des oberen Frequenzbereichs. Ein Bandpaßfilter 40 läßt ein schmales Band der Mittenfrequenz 697 Hz, ein Filter 41 ein schmales Band mit der Mittenfrequenz 770 Hz, ein Filter 42 ein schmales Band mit der Mitienfrequenz 852 Hz und ein Filter 43 ein schmales Band mit der Mittenfrequenz 941 Hz durch. Entsprechend lassen die Bandpaßfilter des anderen Frequenzbereiches schmale Bänder mit folgenden

Mittenfrequenzen durch: das Filter 44 mit 1209 Hz, das Filter 45 mit 1336 Hz und das Filter 46 mit 1477 Hz.

Die Bandpaßfilter 40 bis 46 weisen jeweils eine Bandbreite von 2 bis 25% der Filtergrundfrequenz durch, wobei die abgegebenen Signale sinurförmig sind. Die Ausgangssignale der Filter 40 bis 46 gelangen fiber Leitungen 50 bis 56 zu einer AuswertCEchaltung 60, in der sie auf Zeitdauer Oberwacht, auf Amplitude und Gültigkeit überprüft gespeichert, in einen 1-aus-10-Code umcodiert und zu einer weiteren Schaltung 30 weitergeleitet werden. In der Schaltung 80 werden die dezimalcodierten Signale erneut umcodiert und in Leitungsverstärkern 91 bis 95 verstärkt, bevor sie in der Zeichnung nicht dargestellten Geräten zur Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Die gedoppelte Begrenzerschaltung 30 (vgl. F i g. 2) formt die auf den Eingangsleitungen 24 und 26 eintreffenden sinusförmigen Signale in Rechtecksignale um die für den oberen Frequenzbereich auf der Leitung 32 abgegeben werden. Durch die Begrenzercchaltung 30 werden außerdem Eingangssignale ausgeschieden, die unterhalb eines einstellbaren Schwellwertes liegen. Die Begrenzung des Signalpegels erfolgt für jeden Frequenzbereich unabhängig von den anderen Frequenzbereichen. Es ist lediglich ein gemeinsamer Verstärker 102 vorhanden, der das Erd- oder Mittenpotential für zwei in integrierter Bauweise erstellte und als Vergleicher dienende Operationsverstärker 101 und 103 erzeugt. Einem Eingang a des Operationsverstärkers 101 oder 103 wird das auf der Eingangsleitung 24 bzw. 26 ankommende sinusförmige Signal zugeführt. Einem anderen Eingang b wird die mit dem Eingangssignal zu vergleichende Schwellwertspannung zugeführt Je nach dem Vergleichsergebnis schaltet der Operationsverstärker 101 eine Spannung — VCC auf seinen Ausgang durch oder trennt sie ab. Auf diese Weise ist in dem dargestellten Kreis ein für beide Begrenzer gemeinsamer Verstärker vorhanden; wobei jeweils nur 1 Vergleicher in seiner zusätzlichen Schaltung notwendig ist, um jeden Ausgang mit Rechteckwellen zu versorgen. Die Grundfunktion des Begrenzers ist gleich der aus VF-Sprachfrequenzempfängern bekannten Begrenzern, die verwendeten Mittel sind jedoch andere. Die Ausgangswellenform soll für alle sinusförmigen Eingangswellen mit verschiedenen Amplituden eine fast perfekte Rechteckwelle mit konstanter Spitzen-Spitzen-Amplitude sein. Für Eingangssignale unterhalb eines Schwellwertes darf kein Ausgangssignal entstehen. Der Minimalpegel soll einstellbar sein. Fur Signale oberhalb dieses Schwellwertes wird ein Ausgangssignal erzeugt

Das sinusförmige Eingangssignal wird kapazitiv aus der Vorstufe eingekoppelt und über den Widerstand R 5 mit dem Erdpotential des Verstärkerausganges 102 in bezug gebracht. Der integrierte Kreis 101 ist ein Spannungsvergleicher. Wenn der Eingangspegel am Anschluß a des Verstärkers 101 den an dem Anschluß b liegenden Schwellwert überschreitet, wird das Signal am Vergleicherausgang geschaltet. Der Schv.ellwertpegel wird durch den Spannungszustand am Vergleicher- ^₀ ausgang und das Widerstandsnetzwerk Ri-R6 bestimmt Da der Schwellwertpegel die gleiche Polarität wie die Spannung am Vergleicherausgang hat, wird das Schalten durch den gebildeten Regenerationskreis unterstützt.

Ausgegangen sei von einem positiven Schwellwertpegel. Wenn nun das Eingangssignal diesen Pegel überschreitet dann wird der Vergleicherausgang in seinen negativen Zustand geschaltet Der Schwellwert an Anschluß b wird negativ und nun muß das Eingangssignal unter diesen negativen Pegel gehen, damit der Ausgang wieder in seinen positiven Spannungszustand geschaltet wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jeder Sinusschwingung am Eingang. Die positiven und negativen Schwellwerte haben den gleichen Betrag und deshalb hat das erzeugte Ausgangssignal ein Tastverhältnis von 50/50. Der Betrag der Ausgangsspannung wird durch den aus den Widerständen R 7 und R 4 gebildeten Spannungsteiler bestimmt und kann in weiten Bereichen variiert werden. Positive Spannungen kommen über den Widerstand R1 auf die Teilschaltung und negative Spannungen werden über den Widerstand R 2 vom Vergleicherausgang geliefert Der Spannungsabfall an Widerstand R 2 gleicht über die Teilschaltung den negativen Pegel an den positiven an.

Die Spannungserzeugung für den internen Erdpegel durch den Verstärker 102 geschieht durch zwei gleiche Widerstände i?8 und R9 zwischen den Speisespannungspunkten + VCC und - VCC die an ihrem Verbindungspunkt eine hier Erde genannte Mittenspannung erzeugen. Der Operationsverstärker 102 als Spannungsmitläufer erzeugt eine akkurate interne Erde für das System. Ausgänge werden durch sehr hochohmige Operationsverstärker als Spannungsmitläufer belastet Verwendet man den Kreis, der den Verstärker 102 enthält, so ist eine akkurate Grundspannung gewährleistet.die für integrierte Schaltkreise geeignet ist.

Der Rückkopplungsweg in dem Begrenzer erfüllt zwei Funktionen:

1. er hält den Vergleicher in dem eingenommenen Schaltzustand und

2. erzeugt den Schwellwertpegel für den Eingang des Vergleichers.

Wenn der Spannungsverlauf einer Sinuswelle am Eingang im Begriff ist anzusteigen und den Schwellwertpegel überschritten hat dann schaltet der Vergleicher 101 seinen Zustand und die Spannung ändert sich am Ausgang auf — VCC. Mit — VCC am Ausgang des Vergleiches 101 entsteht auf der Ader 31 eine Spannung von etwas weniger als — VCC, bedingt durch die Wirkung des Widerstandes R 4. Die Ausgangsspannung bleibt solange bestehen, bis die Eingangsspannung auf Ader 24 negativer als der negative Schwellwertpegel geworden ist, bedingt durch den invertierten Vergleicherausgang.

Wenn die Eingangsspannung immer größere negative Werte annimmt und den negativen Schwellwert überschritten hat dann schaltet der Vergleicher auf seinen Normalstand zurück. Die Wirkung von + VCC steuert und der Schwetlwert am Anschluß b wird positiv. Die Ausgangsspannung ist von + VCCabhängig.

Ist einmal die Eingangsspannung über den Schwellwert gestiegen und hat den Vergleicher zum Schalten veranlaßt, dann erscheint am Ausgang ein Pegel, der durch die Spannungen + VCQ — VCC und den Spannungsteiler bestimmt wird. Die Spannung am Ausgang hängt nur davon ab, ob der Schwellwert erreicht wird oder nicht; eine weitere Amplitudenerhöhung bleibt ohne Einfluß auf die Ausgangsamplitude. Die Ausgangsfrequenz ist identisch mit der Eingangsfrequenr.

Die Arbeitsweise dieses Begrenzers kann wie folgt kurz umrissen werden:

Der interne Vergleichsschalter ist offen, — VCC ist von dem Widerstandsnetzwerk abgeschaltet und

+ VCC speist das Netzwerk über den Widerstand R 1. In diesem Zustand sind Ausgangsspannung und Schwellwertpegel positiv. Wenn der interne Vergleichsschalter geschlossen ist, speist — VCCdas Widerstandswerk über den Widerstand R 2 und + VCC speist das Widerstandswerk über den Widerstand Al. Da R2 < R1, ist das Potential an der Teilschaltung negativ und so sind auch Ausgangs- und Schwellwertpegel negativ.

Die Widerstandswerte von R1 und R 2 sind so gewählt, daß positives und negatives Teilschaltungspotential betragsmäßig übereinstimmen, damit symmetrische Schwellwerte gewährleistet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Umformen von im wesentlichen sinusförmigen Eingangssignalen, die eine Mindestamplitude aufweisen, in regelmäßige rechteckförmige Ausgangssignale konstanter Amplitude, mit einem Operationsverstärker (101), an dessen einem Eingang (a) das sinusförmige Eingangssignal und an dessen anderem Eingang (b) ein von seinem Ausgangssignal abgeleitetes Signal anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärkers (101) über einen ersten Widerstand (R 2) an den Verbindungspunkt eines Spannungsteilers (R 1, R 3, R 6) angeschlossen ist, der zwischen einem Pol (+ VCC) einer zu einem Mittenpotential symmetrischen Gleichspannungsquelle und dem Mittenpotential liegt, und daß an dem Verbindungspunkt das rechteckförmig-ί Ausgangssignal (Jl) abgegeben wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (Ri, R 3, R 6) einen weiteren Abgriff aufweist, von dem das dem anderen Eingang (b) zugeführte Signal abgegriffen wird.