DE2425552A1

DE2425552A1 - Dynamic comparator for electric AF oscillations - uses function ccts for root extracting and raising to higher powers

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Publication number: DE2425552A1
Application number: DE19742425552
Authority: DE
Inventors: Jack L Davies
Original assignee: Pan Atlantic Research & Dev Lt
Current assignee: Pan Atlantic Research & Dev Lt
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1974-05-27
Publication date: 1975-12-11

Abstract

Both operations are carried out as functions of time, as in 24 17 261. Each function circuit consists of a logarithmic circuit in series with a constant factor multiplier, and of an antilogarithmic circuit. The multiplier factor is fractional for root extraction, and integral for raising to higher powers. The device has an input circuit for determination of the signal absolute value, and a zero crossing detector. Input signal is applied directly and through an inverting stage to a 2:1 analog multiplexer which passes the directly applied positive half-wave, and inverted negative half-wave, independence on the zero crossing detector output signal.

Description

Schaltung zur dynamischen Kompression und dynamischen Expansion von Tonfrequenzaigrialen Zusatz zum Patent Nr. ......... (Akz.P24 17 251.0) Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur dynamischen Kompression und dynamischen Expansion von elektrischen Schwingungen, vorzugsweise von Tonfrequenzsignalen, wobei eine Funktlonsschaltung zum Radizieren der Signale als Funktion der Zeit für die Kompression und eine Funktionsschaltung zum Potenzieren der Signale als Funktion der Zeit für die Expansion Verwendung findet. Circuit for dynamic compression and dynamic expansion of Audio frequency aigrial addition to patent no. ......... (Akz.P24 17 251.0) The invention relates to a circuit for dynamic compression and dynamic expansion of electrical oscillations, preferably of audio frequency signals, with a functlons circuit for extracting the signals as a function of time for compression and a function circuit is used to exponentiate the signals as a function of time for expansion.

Die Massnahmen des Hauptpatentes sind auf eine Kompressions-bzw. Expansionswirkung gerichtet, die augenblickliqh ohne Zeitverzögerung einsetzt und keine Abstimmung der Kompressionscharakteristik auf die Expansionscharakteristik während des Gebrauches erforderlich macht. Ausserdem ist die Kompressions-bzw.The measures of the main patent are based on a compression or. Expansion effect directed, which starts instantaneously without time delay and no vote the compression characteristic to the expansion characteristic during use makes necessary. In addition, the compression or.

bzw. Expansionswirkung unilbhingig von der Frequenz der Ionfrequenzaignale im Signalgemisch, so dass die Sile aller Frequenzen in gleicher Weise beeinflusst werden. Es lässt sich der Kompressionsgrad bzw. Expansionsgrad für alle Frequenzen des in Frage kommenden Frequenzbandbereiches wesentlich vergrössern, wobei eine Signalverarbeitung mit sehr hcher Genauigkeit und verhältnismässig geringen Kosten für die schaltungsmässige Ausstattung der Geräte möglich ist.or expansion effect independent of the frequency of the ion frequency aials in the composite signal, so that the rope affects all frequencies in the same way will. The degree of compression or degree of expansion can be set for all frequencies increase the frequency band range in question significantly, with a Signal processing with very high accuracy and relatively low costs for the switching equipment of the devices is possible.

Des Hduptpatent sieht als Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die dynamische Kompression der Signale mit eirem ganzzahligen Wurzelexponenten und die dynamische Expansion der Signale mit einem ganzzahligen Exponenten durchgeführt werden.The main patent provides as an embodiment of the invention that the dynamic compression of the signals with an integer root exponent and the dynamic expansion of the signals is carried out with an integer exponent will.

Es sind jedoch auch Anwendungsfälle vorstellbar, bei denen ein gebrochener Wurzelexponent beim Radizieren und ein gebrochener Exponent beim Potenzieren wünschenswert ist, wobei die Exponenten in kontinuierlich veränderbaren Grössen auswählbar sein sollen. Schliesslich sollen auch verhältnismässig grosse Dynamikbereiche mit einer einzelnen Schaltung erfassbar sein, wobei durch geeignete Ausgestaltung des Schaltungsatifbaus Schaltkreiskomponenten, insbesondere für die Funktionsschgltung, verwendbar sein sollen, die aus verhältnismässig preiswerten Elementen bestehen.However, use cases are also conceivable in which a broken Root exponent for square root and a fractional exponent for exponentiation desirable is, whereby the exponents can be selected in continuously variable quantities should. Finally, relatively large dynamic ranges with a individual circuit can be detected, with suitable design of the circuit structure Circuit components, especially for functional control, can be used should, which consist of relatively inexpensive elements.

Von dieser Aufgabe ausgehend sieht die Erfindung vcr, dass die Funktionsachaltung aus einer logafthmischen Schaltung in Serie zu einer Hultiplikations schaltung zum Multipli~8ieren mit einem konstanten Faktor und einer gegenlogarithmischen Schaltung besteht, und dass die Hultiplikationsschaltung zum Radizieren auf eine Multiplikation mit einem gebrochenzahligen Faktor sowie zum Potenzieren auf eine Multiplikation mit ganzzahligem Faktor einstellbar ist.Proceeding from this task, the invention provides that the function adjustment from a logafthmic circuit in series to a multiplication circuit for Multiply with a constant factor and a counter-logarithmic circuit consists, and that the multiplication circuit for extracting on a multiplication with a fractional factor as well as for exponentiation to a multiplication can be set with an integer factor.

Aufgrund der für logarithmische und gegenlogarithmische Schaltungen vorgesehenen Spezifikationen lässt sich im vergleich mit Multiplikation schaltungen Multiplikationsachaltungen erkennen, dass solche loLJarithmischen bzw. gegenlogarithmischen Schaltungen eine wesentlich höhere Genauigkeit über einen breiten dynamischen Bereich, verglichen mit Nultiplikationsschaltungen haben. Wenn die logarithmische und gegenlogarithmische Funktion gleichzeitig in der Schaltung vorgesehensild, besteht. die Tendenz, dass geringe Nichtlinearitäten und Demperaturabhängigkeiten sich gegenseitig aufheben.Due to the for logarithmic and counter-logarithmic circuits provided specifications can be compared with multiplication circuits Multiplication simulations recognize that such loLJarithmic or counter-logarithmic circuits a significantly higher accuracy over a wide dynamic range with multiplication circuits. When the logarithmic and counter-logarithmic Function provided at the same time in the circuit. the tendency that small non-linearities and temperature dependencies cancel each other out.

Im Interesse der Verwendung von möglichst preiswerten Schaltkreiskomponenten sieht die Erfindung für eine Eingangs schaltung zur Ermittlung des absoluten Wertes des Signals, die einen Nulldurchgangsdetektor umfasst, vor, dass das eingangsseitige Signal einerseits direkt und andererseits über eine Umkehrstufe an einen 2:1 Analogmultiplexer anlegbar ist, der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Nulldurchgangdetektors bei der positiven Halbwelle das angelegte und bei der negativen Halbwelle das invertierte Signal überträgt. Um die Emplindlichkeit dieser Eingangs schaltung zu erhöhen und einerseits eine hohe Eingangsimpedanz bei niedrigen Frequenzen oder eine angepasste Eingangsimpedanz bei hohen Frequenzen vorzusehen, sind dem eingangsseitigen 2:1 Analogmultiplexer Vorverstärker vorgeschaltet und ist der Nulldurchgangdetektor vom verstärkten Eingangssignal ansteuerbar. Dieser Nulldurchgangdet ektor besteht vorzugsweise aus einer Vergleichsstufe, die einseitig an ein Bezugspotential angeschlossen ist. Je nach der Empfindlichkeit des 2:1 Analogmultiplexers kann es auch zweckmässig sein, dem Analogmultiplexer eine weitere Verstärkerstufe nachzuschalten, damit die Signale auf das für die Ansteuerung der nachfolgenden Funktionsschaltung geeignete Signalniveau angehoben werden. Selbstverständlich kann anstelle des Verstärkers auch ein Dämpfungsglied nachgeschaltet sein, wenn die Ausgangssignale des Analogmultiplexers ein für die Ansteuerung der Funktionsschaltung zu hohes Signalniveau aufweisen.In the interest of using circuit components that are as inexpensive as possible the invention provides for an input circuit for determining the absolute value of the signal, which includes a zero crossing detector, before that the input-side Signal on the one hand directly and on the other hand via an inverter to a 2: 1 analog multiplexer can be applied, which depends on the output signal of the zero crossing detector with the positive half-wave the applied one and with the negative half-wave the inverted one Signal transmits. To increase the sensitivity of this input circuit and on the one hand a high input impedance at low frequencies or an adapted one The input impedance to be provided at high frequencies is 2: 1 on the input side Analog multiplexer preamplifier is connected upstream and is the zero crossing detector controllable by the amplified input signal. This zero crossing detector exists preferably from a comparison stage that is connected on one side to a reference potential is. Depending on the sensitivity of the 2: 1 analog multiplexer, it can also be useful be to connect a further amplifier stage after the analog multiplexer so that the Signals to the one suitable for the control of the following functional circuit Signal level can be increased. Of course, instead of the amplifier an attenuator can also be connected downstream if the output signals of the analog multiplexer have a signal level that is too high for the control of the functional circuit.

Nach Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, dass die Eingangsschaltung symmetrisch aufgebaut ist, was sich besonders vorteilhaft bei hohen Frequenzen auswirkt und auch der Unterdrückung von Einschwingsignalen dient, die in dem üblicherweise aus Feldeffekttransistoren aufgebauten Analogmultiplexer auftreten können. Derartige Einschwingimpulse mit gleichen Amplituden und gleicher Polaritsit heben sich bei der Ansteuerung von Differenzverstärkern gegenseitig auf. Das gleiche gilt für die Abhängigkeit des Ubertragungswiderstandes von der Spannung. Ferner lässt sich mit einer symmetrischen Eingangsschaltung auch das durch die Signalumschaltung in dem Analogmultiplexer erzeugte Eigenrauschen wesentlich verringern.To According to a further embodiment of the invention it is also provided that the input circuit is constructed symmetrically, which is particularly beneficial at high frequencies and also the suppression of Settling signals are used, which are usually built up from field effect transistors Analog multiplexers can occur. Such transient pulses with the same amplitudes and the same polarity stand out when driving differential amplifiers each other up. The same applies to the dependence of the transmission resistance from the tension. You can also use a balanced input circuit the inherent noise generated by the signal switching in the analog multiplexer reduce significantly.

Um auch für die logarithmische bzw. gegenlogarithmische Funktionsschaltung Schaltkreiskomponenten verwenden zu können, die aufgrund ihrer begrenzten Dynamikbreite verhältnismässig preiswert sind, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass eine Vielzahl von Funktionsschaltungen einander parallelgeschaltet ist, dass die Funktionsschaltungen in den einzelnen Zweigen der Parallelschaltung über Vorverstärker ansteuerbar sind,dass die Vorverstärker entsprechend der Dynamikbreite der Funktionsschaltungen eine zunehmend grössere Verstärkung haben, dass hinter den Funktionsschaltungen in den einzelnen Parellelzweigen ein dem zugeordneten Vorverstärker entsprechendes Dämpfungsglied angeordnet ist, und dass eine Auswahlachaltung vorhanden ist, mit der die einzelnen Parallel zweige derart auswählbar sind, dass ein Signal grosser Dynamikbreite mit aneinander anschliessenden Signalniveaus übertragbar und verarbeitbar ist.To also for the logarithmic or counter-logarithmic function circuit To be able to use circuit components due to their limited dynamic range are relatively inexpensive, the invention provides that a large number of functional circuits connected in parallel to each other is that the functional circuits in the individual branches of the parallel connection can be controlled via preamplifiers that the preamplifier increases according to the dynamic range of the functional circuits have greater gain that behind the functional circuits in each In parallel branches an attenuator corresponding to the assigned preamplifier is arranged, and that a selection option is available with which the individual Parallel branches can be selected in such a way that a signal with a large dynamic range mutually adjoining signal levels can be transmitted and processed.

Eine derartige Auswahl schaltung umfasst'- nach einer weiteren ausgestaltung der Erfindung den einzelnen Parellelzweigen zugeordnete Vergleichsstufen, eine von den Vergleichs stufen und dem Nulldurchgangdetektor angesteuerte Logikscha Itung und einen Analogmultiplexer Analogmultiplexer, um entsprechend der Dyn:lmikbreite der einzelnen Funktionsachaltungen einen Parallel zweig nach dem anderen einzuschalten.Such a selection circuit comprises according to a further embodiment the invention the individual parallel branches associated comparison stages, one of the comparison stages and the zero crossing detector controlled logic circuit and an analog multiplexer Analog multiplexer to match the Dyn: Immediate width of the individual functionalities a parallel branch after the turn on others.

Durch diese Massnahme der Parallelschaltung von einer Vielzahl von Funktionaschaltungen kann der Dynamikbereich weitgehendst unabhängig von dem Dynamikbereich der einzelnen Funktionsschaltung wesentlich für die Gesamtschaltung vergrössert werden.By this measure the parallel connection of a large number of The dynamic range can function circuits largely independently of the dynamic range the individual functional circuit is significantly enlarged for the overall circuit will.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Äusführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeic-bnung. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Kompressions- bzw. Expansionsschaltung gemäss dem Hauptpatent unter Verwendung einer Funktionsschaltung zum Radizieren bzw.The features and advantages of the invention also emerge from the The following description of an exemplary embodiment in conjunction with the claims and the drawing. They show: Fig. 1 the basic circuit diagram of a compression or expansion circuit according to the main patent using a functional circuit for rooting or

"Potenzieren; Fig. 2 ein der Fig. 1 entsprechendes Prinzipschltbild mit einer veränderten Eingangs schaltung; Fig. 3 ein der Fig. 2 entsprechendes Prinzipschaltbild, bei dem die Funktionsachaltung durch eine logarithmische Funktionsachaltung ersetzt ist; Fig. 4 eine spezielle Ausgestaltung des Prinzipachaltbildes gemäss Fig. 3, wobei die logarithmische Funktionsschaltung aus mehreren parallelgeschalteten Zweigen zur Vergrösserung der Dynamikbreite besteht; Fig. 5 eine Eingangs schaltung für einen symmetrischen Betrieb. "Exponentiation; FIG. 2 shows a schematic diagram corresponding to FIG. 1 with a modified input circuit; 3 shows a basic circuit diagram corresponding to FIG. 2, in which the function adjustment is replaced by a logarithmic function adjustment is; FIG. 4 shows a special embodiment of the principle analogue according to FIG. 3, wherein the logarithmic functional circuit consists of several parallel-connected branches to increase the dynamic range; Fig. 5 shows an input circuit for symmetrical operation.

Die Die Kompressions- bzw. Expansionsschaltung gemäss Fig. 1 umfasst eine Eingangsschaltung mit einem Vollweggleichrichter 1 und einem Nulldurchgangdetektor 2. Diese Eingangaschaltung liegt zwischen dem Eingang A und den beiden Verbindungapunkten B und C. Ferner ist eine Funktionsschaltung 3 vorgesehen, die die elektrischen Schaltkreiskomponenten umfasst, mit der entweder die Kompression eines an den Eingang A angelegten Signals oder die Expansion dieses Signals verwirklicht werden.the The compression or expansion circuit according to Fig. 1 comprises an input circuit with a full-wave rectifier 1 and a Zero crossing detector 2. This input circuit is between input A and the two connection points B and C. Furthermore, a functional circuit 3 is provided, which includes the electrical circuit components with which either the compression a signal applied to input A or the expansion of this signal is realized will.

Der der Funktionsschaltung nachgeschaltete Analogmultiplexer dient dazu, ausgangsseitig ein Wechselstromsignal zur Verfügung zu stellen, das bezüglich seiner Frequenz dem Eingangssignll entspricht. Dem analogmultiplexer wird von der Funktionsschaltung einerseits das verarbeitete Signal und andererseits das invertierte verarbeitete Signal zugeführt. Ferner wird der Analogmultiplexer 4 vom Nulldurchgangdetektor 2 angesteuert und bei jedem Nulldurchgang des Eingangssignals mit einem Steuersignal beaufschlagt, so dass der Analogmultiplexer jeweils beim Nulldurchgang des Eingangssignals umschaltet und während der einen Halbperiode das in der Funktionsschaltung verarbeitete Signal und während der anderen Halbperiode das in der Funktionsachaltung verarbeitete invertierte Signal an seinen Ausgang überträgt.The analog multiplexer connected downstream of the functional circuit is used to provide an alternating current signal on the output side that is related to its frequency corresponds to the input signal. The analog multiplexer is used by the Functional circuit on the one hand the processed signal and on the other hand the inverted one processed signal supplied. Furthermore, the analog multiplexer 4 is used by the zero crossing detector 2 and with each zero crossing of the input signal with a control signal applied so that the analog multiplexer in each case at the zero crossing of the input signal switches and during the one half cycle that processed in the functional circuit Signal and during the other half period the one processed in the function circuit transmits inverted signal to its output.

Gemäss Fig. 2 wird zur Vollweggleichrichtung ein weiterer 2:1 Analogmultiplexer 5 verwendet, der in Form eines Schalters aus Feldeffekttransistoren aufgebaut sein kann. Dieser Analogmultiplexer wird am einen Eingang mit dem eingangsseitigen Signal direkt und am anderen Eingang mit dem Eingangssignal über eine Umkehrstufe 6 angesteuert. Als Nulldurchgangdetektor findet ein Komparator 7 Verwendung, der den Nulldurchgang des Eingangssignals feststellt und ein entsprechendes Steuersignal an den Analogmultiplexer 5 abgibt, um halbperiodisch entweder den einen Signaleingang oder den anderen Signalein gng mit seinem Ausgang zu verbinden. Dadurch lässt sich eine hochwertige Vollweggleichrichtung mit einem verhältnismässig geringen geringen Schaltungsaufwand unter gleichzeitiger Ausnutzung des bereits vorhandenen Nulldurchgangdetektors erzielen.According to FIG. 2, a further 2: 1 analog multiplexer is used for full wave rectification 5 used, which can be constructed in the form of a switch from field effect transistors can. This analog multiplexer is connected to the input signal at one input controlled directly and at the other input with the input signal via an inverter 6. A comparator 7, which detects the zero crossing, is used as the zero crossing detector of the input signal and a corresponding control signal to the analog multiplexer 5 emits either one signal input or the other signal semi-periodically gng to be connected to its output. This enables high-quality full-wave rectification with a relatively low little circuit effort under achieve simultaneous use of the existing zero crossing detector.

In Fig. 3 ist das Prinzipschaltbild gemäss Fig. 2 dargestellt, wobei die prinzipielle Ausgestaltung der Funktionschaltung als logarithmische Funktionsachaltung dargestellt ist. Diese logarithmische Funktionsschaltung besteht aus einer logarithmischen Schaltung 8 und einer gegenlogarithmische Schaltung 9, die über eine Multiplikationsschaltung 10 zur Multiplikation mit einem konstanten Faktor hintereinander geschaltet sind. Diese logarithmische Funktionsschaltung ermöglicht ein Radizieren bzw. Potenzieren lediglich durch Änderung des Multiplikationsfaktors innerhalb der Multiplikationsschaltung 10.In Fig. 3, the basic circuit diagram according to FIG. 2 is shown, wherein the basic design of the function circuit as a logarithmic function adjustment is shown. This logarithmic function circuit consists of a logarithmic one Circuit 8 and a counter-logarithmic circuit 9, which via a multiplication circuit 10 are connected in series for multiplication by a constant factor. This logarithmic function circuit enables a square root or exponentiation only by changing the multiplication factor within the multiplication circuit 10.

Beträgt z-.B. der konstante Faktor k = 1/2, so ergibt sich am Ausgang der logarithmischen Funktionaschaltung für die Funktion v(t) der Wert (v(t))l/2= v(t). Ist dagegen der konstante Faktor k-= 2, so ergibt sich für dieselbe Funktion am Ausgang der logarithmischen Funktionsschaltung der Wert (ç(t))2. Die Verwendung einer solchen logarithmischen Funktionsschaltung ermöglicht somit die Durchführung einer Kompression eines Signals bzw. einer Expansion eines Signals sowohl mit ganzzahligen als auch mit gebrochenen Wurzelexponenten bzw. -exponenten, wobei bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Multiplikationsachaltung der konstante Faktor entweder kontinuierlich oder schrittweise an einen gewünschten Dynamikbereich bzw.Is z-.B. the constant factor k = 1/2 results at the output the logarithmic function circuit for the function v (t) the value (v (t)) l / 2 = v (t). If, on the other hand, the constant factor k- = 2, the result is the same function at the output of the logarithmic function circuit the value (ç (t)) 2. The usage such a logarithmic function circuit thus enables implementation a compression of a signal or an expansion of a signal both with integer as well as with broken root exponents or exponents, with a corresponding Implementation of the multiplication system, the constant factor is either continuous or gradually to a desired dynamic range or

an eine gewünschte Dynamikbreite einstellbar ist. Derartige logarithmische Schaltungen haben ferner den Vorteil, dass die über einen sehr grossen Dynamikbereich verhältnismässig genau arbeiten und nur eine geringe Nichtlinearität und Temperaturabhängigkeit zeigen, da das Logarithmierenund Gegenlogarithmieren innerhalb eines Schaltungsaufbaus dazu beiträgt, dass derartige Fehler unterdrückt werden. Dd die Linearitätsfehler am Ausgang der logarithmischen Funktionsachaltung in der Regel auf die Eingangs spannung bezogen sind, ergeben sich auch wesentlich geringere Fehler bei der Verwirklichung der Kompression und Expansion mit Hilfe einer logarithmischen Funktions schaltung Funktionsschaltung, verglichen mit einer Funktionsschaltung, die nur aus Multiplikationsschaltungen besteht.can be adjusted to a desired dynamic range. Such logarithmic Circuits also have the advantage that they have a very large dynamic range work relatively precisely and only have a low non-linearity and temperature dependence show that logarithmizing and counter-logarithmizing within a circuit structure helps to suppress such errors. Dd the linearity errors at the output of the logarithmic function adjustment usually to the input voltage related, there are also significantly fewer errors in the implementation the compression and expansion with the help of a logarithmic function circuit Function circuit, compared to a functional circuit that consists only of multiplication circuits consists.

Für die Verwirklichung der Erfindung stehen bereits logarithmische Funktionsschaltungen zur Verfügung, mit denen ein Dynamikbereich von effektiv 80 db zu verarbeiten ist. Ein solcher logarithmischer Verstärker in Form einer integrierten Schaltung ist aus dem Handbuch für integrierte Schaltkreise der Firma Texas Instruments CC 401, Seite 3-283 bekannt, wobei die integrierte Schaltung SN 56502 oder 76502 Verwendung finden kann. In diesem logarithmischen Verstärker kann durch Änderung lediglich von Widerstandswerten der konstante Faktor k geändert werden, so dass der logarithmische Verstärker sowohl für die Kompression als auch die Expansion von Signalen verwendbar ist. -Die Umschaltung der Widerstandswerte kann entweder durch einen Schalter oder auch bei kontinuierlicher Einstellung durch gleichlaufende Potentiometer erfolgen.Logarithmic ones are already available for the implementation of the invention Functional circuits are available with which a dynamic range of effectively 80 db is to be processed. Such a logarithmic amplifier in the form of an integrated Circuit is from the integrated circuit manual from Texas Instruments CC 401, page 3-283, the integrated circuit SN 56502 or 76502 Can be used. In this logarithmic amplifier can by change the constant factor k can only be changed by resistance values, so that the logarithmic amplifier for both compression and expansion of signals can be used. -The switching of the resistance values can either by means of a switch or, in the case of continuous setting, by means of synchronous Potentiometer.

In Fig. 4 ist die Eingangs schaltung zwischen dem Eingang A und den Verbindungspunkten B und C gemäss Fig. 3 in detaillierterer Form dargestellt und enthält Vorverstärker 15 und 16, mit welchen das Eingangssignal verstärkt und an die Signaleingänge des Analogmultiplexers 5 angelegt wird. Der Vorverstärker 15 ist derart geschaltet, dass das Eingangssignal mit der gleichen Polarität am Signaleingang des Analogmultiplexers 5 anliegt.In Fig. 4, the input circuit between the input A and the Connection points B and C shown in FIG. 3 in more detail and contains preamplifiers 15 and 16, with which the input signal is amplified and connected the signal inputs of the analog multiplexer 5 is applied. The preamplifier 15 is switched in such a way that the input signal has the same polarity at the signal input of the analog multiplexer 5 is present.

Dagegen wird das im Verstärker 16 verstärkte Eingangs signal in invertierter Form am Signaleingang des nalogmultiplexers 5 wirksam. Mit dem an den ausgang eines Vorverstärkers angeschlossenen Komparators 7 wird der Nulldurchgang des Eingangssignals ermittelt und ein Steuersignal erzeugt, das ebenfalls an den Analogmultiplexer 5 angelegt wird und dafür sorgt, dass für die wechselweise Übertragung der an die Signal eingänge angelegten Signale der Analogmultiplexer den Nulldurchgang des Signals umschaltet. Die Verwendung der Vorverstärker ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Zunächst ist es möglich, die Schaltung mit mit einer hohen Eingangsimpedanz bei niedrigen Frequenzen zu vers ehen und bei höheren Frequenzen eine gute Impedanzanpassung zu verwirklichen. Ferner lässt sich durch die Vorverstärkung die Empfindlichkeit des Komparators erhöhen, was für die möglichst genaue Bestimmung des Nulldurchgangs einerseits von /können grossem vorteil ist;und andererseits/ sowohl für den Analogmultiplexer als auch für den Komparator Schaltkreiskomponenten Verwendung finden, die aufgrund der geringeren Empfindlichkeitsanforderungen verhältnismässig preiswert zu erhalten sind.In contrast, the input signal amplified in the amplifier 16 is inverted Form at the signal input of the analog multiplexer 5 effective. With the to the exit of a The comparator 7 connected to the preamplifier is the zero crossing of the input signal is determined and a control signal is generated, which is also sent to the analog multiplexer 5 is created and ensures that the alternate transmission of the to the Signal inputs applied signals of the analog multiplexer the zero crossing of the signal switches. The use of the preamplifiers is advantageous in several ways. First of all it is possible to use the circuit with a high input impedance to be provided at low frequencies and a good impedance match at higher frequencies to realize. Furthermore, the preamplification increases the sensitivity of the comparator increase, which for the most accurate possible determination of the zero crossing on the one hand of / can be of great advantage; and on the other hand / both for the analog multiplexer as well as for the comparator circuit components are used due to relatively inexpensive to obtain due to the lower sensitivity requirements are.

Für die Verwirklichung der Eingangsschaltung können z.B. Vorverstärker vom Typ LM 381 Verwendung finden, wie sie von der Firma National Semiconductors angeboten werden. Diese Vorverstärker haben einen sehr geringen Klirrfaktor bei einer sehr grossen Schleifenverstärkung und einem verhältnismässig grossen Ausgangssignal. Als Komparator ist für die Eingangs schaltung eine von der Firma National Semiconductors angebotene integrierte Schaltung vom Typ LM 360 im Rahmen der notwendigen Genauigkeitsanforderungen verwendbar.For the implementation of the input circuit, e.g. preamplifiers of the type LM 381 are used, such as those from National Semiconductors Tobe offered. These preamps have a very low distortion factor a very large loop gain and a relatively large output signal. A comparator from National Semiconductors is used as the comparator for the input circuit offered integrated circuit of the type LM 360 within the framework of the necessary accuracy requirements usable.

Aus Kostengründen kann es zweckmässig sein, die Funktionsschaltung mit Schaltkreiselementen zu verwirklichen, die eine geringere Dynamikbreite haben als dies für die Funktionaschaltung wünschenswert ist. Die gewünschte Dynamikbreite für die Funktionsschaltung lässt sich dann durch eine Vielzahl von einander parallel geschalteten Funktionaschaltungen mit geringerer Dynamikbreite verwirklichen. Eine solche Schaltung wird in Fig. 4 von der Eingangs schaltung angesteuert und umfasst drei Parallel zweige. Der erste Parallel zweig ist unmittelbar an den Ausgang des Analogmultiplexers 5 angeschlossen und enthält in der dargestellten Aus£ührungsform eine Radizierstufe 20 für den Fall der dynamischen Kompression oder eine Potenzierstufe 20' für den Fall einer dynamischen Expansion. Diese Potenzierstufe ist etrhelt dargestellt. Ausgangsseitig ist die Radizierstufe stufe bzw. Potenzierstufe einerseits (lirelct und anlerorseits über eine Umkehrstufe 24 an einen 6:1 AnalogrnulbLpLexer 27 angeschlossen. Damit wird der tnalogmul-tiplexer an seinen Signaleingängen einerseits direkt von dem Ausgangssignal der Funktionsachaltung und andererseits vom Komplement dieses Signals angesteuert. Der zweite Parallel zweig führt über einen Verstärker 27, an den entweder die Radizierstufe 2.1: oder die -Potenzierstufe 21 angeschlossen ist. Ausginf, sei-tig ist der Radizierstufe bzw. Potenzierstufe ein Däiupfungsglied nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal entweder direkt oder über eine Umkehrstufe 25 an den Analogmultiplexer 23 angeschlossen wird.For reasons of cost, it can be useful to switch the function circuit to realize with circuit elements that have a smaller dynamic range than is desirable for the functional circuit. The desired dynamic range for the functional circuit can then be through a variety of parallel Realize switched functional circuits with a smaller dynamic range. One such a circuit is controlled and included in FIG. 4 by the input circuit three parallel branches. The first parallel branch is directly at the output of the Analog multiplexer 5 connected and contains in the illustrated Aus £ ührungsform a square root 20 for the case of dynamic compression or a power step 20 'in the event of dynamic expansion. This exponentiation level is shown in phantom. The square root is the output side level or exponentiation level on the one hand (lirelct and on the front side via a reversing stage 24 to a 6: 1 analogue nulbLpLexer 27 connected. This means that the tnalogmul-tiplexer is connected to its signal inputs on the one hand directly from the output signal of the function adjustment and on the other hand from the complement driven by this signal. The second parallel branch leads through an amplifier 27, to which either the square root 2.1: or the potentiometer 21 is connected is. From the outset, the square root or exponentiation level is an attenuator downstream, its output signal either directly or via an inverter 25 is connected to the analog multiplexer 23.

Die Verstärkung des Verstärkers 27 hängt von dem durch die Anzahl der Parallel zweige bestimmten Teilungsverhältnis der Gesamtdynamikbreite ab und beträgt bei einer Dynamikbreite von 20 db für die Funktionsschaltung im Falle der dynanischen Kompression n.20 db, wobei n dem Wurzelexponenten entspricht. Entsprechend hängt die Dämpfung von der Vorverstärkung und dem vJurzelexponenten ab und beträgt für das Dämpfungsglied 29 im Falle der dynamischen Kompression 40/n db. Für die dynamische Expansion verdrehen sich die Verhältnisse, so dass z.B. einer Verstärkung um 20 db eine Dämpfung um n.20db zugeordnet ist, wobei n dem Exponenten entspricht.The gain of the amplifier 27 depends on that by the number the parallel branches determined division ratio of the total dynamic range from and is at a dynamic range of 20 db for the functional circuit in the case of dynamic compression n.20 db, where n corresponds to the root exponent. Corresponding the attenuation depends on the preamplification and the root exponent and is for the attenuator 29 in the case of dynamic compression 40 / n db. For the dynamic expansion twist the ratios, so that e.g. a gain 20 db is assigned an attenuation of n.20db, where n corresponds to the exponent.

Auch der dritte Parallel zweig enthält die Serienschaltung eines Verstärkers 28, die Funktionsschaltung 22 bzw. 22 und ein Dämpfungsglied 30. Der Ausgang des Dämpfungsgliedes is- einmal direkt und zum andern über eine Umkehrstufe 26 an den Analogmultiplexer 23 angeschlossen. Der Verstärker 28 hat eine Verstärkung von n-40 db für die dynamische Kompression und eine Verstärkung von 40 db für die dynamische Expansion. Die Dämpfung des Dämpfungsgliedes 30 beträgt für die dynamische Kompression 80/n db und für die dynamische Expansion n.40 db, wobei n wiederum der Wurzelexponent der Radizierstufe bzw. der Exponent der Potenzierstufe ist. Wird angenommen, dass n=2 ist, so ergibt sich bei einem Schaltungsaufbau gemäss Fig. 4 mit drei Parallel zweigen eine Gesamtdynamikbreite von 120 db am Eingang und 60 db am Ausgang. Für eine einwandfreie Funktion der Schaltung ist erforderlich, dass die Verstärker in den Parallel zweigen Parallel zweigen eine Begrenzung aufweisen, die bei der zugeordneten Ausgangsspannung eine scharfe Begrenzung aSlf diese Ausgangsspannung sicherstellt.The third parallel branch also contains the series circuit of an amplifier 28, the functional circuit 22 or 22 and an attenuator 30. The output of the Attenuator is directly and on the other hand via a reversing stage 26 to the Analog multiplexer 23 connected. The amplifier 28 has a gain of n-40 db for dynamic compression and a gain of 40 db for dynamic Expansion. The damping of the attenuator 30 is for dynamic compression 80 / n db and for dynamic expansion n.40 db, where n is again the root exponent is the square root or the exponent of the power. It is believed that n = 2, this results in a circuit structure according to FIG. 4 with three parallel branch a total dynamic range of 120 db at the input and 60 db at the output. For For the circuit to function properly, the amplifier must be in the parallel branches Parallel branches have a limitation, a sharp limitation aSlf this output voltage at the assigned output voltage ensures.

Zur Auswahl der einzelnen Parallel zweige und der richtigen Umschaltung im zugeordneten Signalniveau ist eine Auewahlschaltung vorgesehen, die zwei Komparatorstufen 35 und 36 und eine Logikschaltung 37 umfasst. Die Komparatorstufen dienen dazu, festzustellen, ob die Eingangsspannung in dem dem ersten, zweiten oder dritten Parallel zweig bzw. dem von ihm erfassten Signalniveau zugeordneten Dynamikbereich liegt. Zu diesem Zweck ist die Komparatorstufe 35 an den Eingang der Funktionaschaltung im ersten Parallel zweig einerseits und an ein Pote:ntiometer 38 andererseits angeschlossen, die den Schwellwert für die Komparatorstufe festlegt. Die zweite Komparatorstufe 36 liegt am Eingang der Funktionsachaltung im zweiten Parallel zweig sowie an einem zweiten Potentiometer 39, mit dem der Schwellwert für diesen Pdrallelzweig eingestellt wird; Wenn im Betrieb eine der beiden Komparatorstufen 35 und 36 anspricht, wird damit angezeigt, dass das Eingangssignal am Verbindungspunkt B im mit leren Signalniveau liegt und damit über den dritten Parallelzweig mit der Radizierstufe 22 bzw. der Potenzierstufe 22' zu verarbeiten ist. Entsprechend wird über die Logikschaltung 37 im Multiplexer 23 das Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 30 direkt und über die Umkehrstufe 26 angelegt, wobei aufgrund des über den Verbindungspunkt C vom Komparator 7 gelieferten Steuersignales die Logikschaltung 37 über die Steuerleitung 40 ein Umschaltsignal an den Analogmultiplexer 23 liefert, so dass am Ausgangssignal des Analogmultiplexers wechselweise das vom Dämpfungsglied 30 gelieferte Signal bzw. dessen Komplement zur Verfügung steht.For selecting the individual parallel branches and the correct switchover A selection circuit, the two comparator stages, is provided in the assigned signal level 35 and 36 and a logic circuit 37. The comparator stages are used to determine whether the input voltage is in the the first, second or third parallel branch or the dynamic range assigned to the signal level detected by it. For this purpose, the comparator stage 35 is connected to the input of the functional circuit in the first parallel branch on the one hand and connected to a potentiometer 38 on the other hand, which defines the threshold value for the comparator stage. The second comparator stage 36 is at the input of the function circuit in the second parallel branch as well as on one second potentiometer 39, with which the threshold value for this Pdrallelzweig is set will; If one of the two comparator stages 35 and 36 responds during operation, will This indicates that the input signal at connection point B is at the lower signal level is and thus via the third parallel branch with the square root 22 or the Exponentiation level 22 'is to be processed. The logic circuit is used accordingly 37 in the multiplexer 23, the output signal of the attenuator 30 directly and via the reversing stage 26 is applied, with due to the connection point C from Comparator 7 supplied control signal the logic circuit 37 via the control line 40 supplies a switching signal to the analog multiplexer 23, so that the output signal of the analog multiplexer alternately the signal supplied by the attenuator 30 or its complement is available.

Wenn das am Verbindungspunkt B liegende Eingangssignal ansteigt und das dem zweiten Parallel zweig zugeordnete Signalniveau erreicht, spricht die Komparatorstufe 36 an und schaltet über die Lo gikachaltung Logikschaltung 37 den Analogmultiplexer 23 auf den zweiten Parallel zweig um, wobei diese Umschaltung im wesentlichen bei gleichem Signalniveau erfolgt, so dass keine Einschwingvorgänge stattfinden. Entsprechendes gilt, wenn das Eingangssignal am Verbindungspunkt B das Signalniveau des ersten Parallelzweiges erreicht und die Komparatorstufe.35 über die Logikschaltung 37 den Multiplexer 23 auf den ersten Parallel zweig umschaltet. Die Schwellwerte der Komparatorstufen sowie die Verstärkungen sind derart aneinander angepasst, dass die Umschaltung von einem auf den anderen Parallel zweig auch auf der Eingangsseite der Funktionsschaltung bei gleichem Spannungsniveau erfolgt und somit Einschwingvorgänge vermieden werden.When the input signal at connection point B rises and reaches the signal level assigned to the second parallel branch, the comparator stage speaks 36 on and switches via the logic circuit Logic circuit 37 den Analog multiplexer 23 to the second parallel branch to, this switching takes place essentially at the same signal level, so that no transient processes occur. The same applies if the input signal at connection point B. the signal level of the first parallel branch is reached and the comparator stage. 35 switches the multiplexer 23 to the first parallel branch via the logic circuit 37. The threshold values of the comparator stages and the gains are related to one another in this way adapted that switching from one to the other parallel branch also on the input side of the functional circuit takes place at the same voltage level and thus transient processes can be avoided.

Es ist offensichtlich, dass zur weiteren Vergrösseiung des Dynamikbereiches auch mehr als drei Parellelzweige vorgesehen werden können und entsprechend die Auswählschaltun zu erweitern ist.It is obvious that to further enlarge the dynamic range also more than three parallel branches can be provided and accordingly the Selector circuit is to be expanded.

In Fig. 5 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Eingangsschaltung dargestellt. Diese Eingangs schaltung ist als symmetrische Schaltung im Gegensatz zur Eingangs schaltung gemäss Fig. 4 aufgebaut, die als unsymmetrische Schaltung ausgebildet ist. Eine derartige symmetrische Eingangs schaltung ist besonders bei Signalen verhältnismässig hoher Frequenz wünschenswert, da die bei der Umschaltung auftretenden Einschwingvorgänge sich durch den symmetrischen Aufbau gegenseitig aufheben. Dies gilt auch für Fehler, die vom Übertragungawiderstand abhängen. Die dargestellte Eingangs schaltung umfasst zwei Vorverstärker 41 und 42, die über einen Differenzumschalter 44 an den Eingang eines Differenzverstärkers 43 angeschlossen sind. Das ebenfalls über einen Vorverstärker 45 und einen Differenzverstärker 46 an einen Komparator 47 angelegte Eingangssignal bewirkt, dass der Komparator 47 ein Steuersignal am Nulldurchgang des Eingangssignals an den Differenzschalter 44 abgibt und dieser entsprechend das Eingangs signal oder dessen Komplement Komplement symmetrisch an den Differenzverst':4rker 3 anlegt.In Fig. 5 is a further advantageous embodiment of the input circuit shown. This input circuit is as opposed to a symmetrical circuit to the input circuit according to FIG. 4 constructed as an unbalanced circuit is trained. Such a symmetrical input circuit is particularly at Signals of a relatively high frequency are desirable, since the switchover occurring transient processes mutually due to the symmetrical structure lift. This also applies to errors that depend on the transmission resistance. the input circuit shown comprises two preamplifiers 41 and 42, which have a Differential switch 44 connected to the input of a differential amplifier 43 are. This also via a preamplifier 45 and a differential amplifier 46 input signal applied to a comparator 47 causes the comparator 47 a control signal at the zero crossing of the input signal to the difference switch 44 emits and this accordingly the input signal or its complement complement symmetrically applied to the differential amplifier: 4rker 3.

Dadurch wird die Vollweggleichrichtung bewirkt. Ausgangsseitig steht am Differenzverstärker 43 und damit am Verbindungspunkt B das gleichgerichtete, über die Funktionsschltung zu verarbeitende Signal zur Verfügung, wogegen am Verbindungspunkt C das Steuersignal vom Nulldurchgangdetektor für die Funktionsschaltung anliegt.This causes full wave rectification. Is on the output side at the differential amplifier 43 and thus at the connection point B the rectified, The signal to be processed via the function switch is available, whereas at the connection point C the control signal from the zero crossing detector for the functional circuit is present.

Die Verwirklichung einer solchen Eingangs schaltung kann mit herkömmlichen Schaltungselementen erfolgen, wobei Vorverstärker vom Typ LM 321 und Differenzverstärker vom Typ LM 381 sowie ein Differenzumschalter vom Typ MM 550 der Firma National Semiconductors Verwendung finden können.The implementation of such an input circuit can be done with conventional Circuit elements take place, with preamplifier of the type LM 321 and differential amplifier of the type LM 381 and a differential switch of the type MM 550 from National Semiconductors Can be used.

Die Funktionaschaltungen in Fig. 4 können sowohl aus Multiplikationsschaltungen als auch aus logarithmischen Funktionsschaltungen bestehen.The functional circuits in FIG. 4 can consist of multiplication circuits as well as logarithmic function circuits.

PatentansprücheClaims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c'h e 1. Circuit for dynamic compression and dynamic expansion of electrical oscillations, preferably audio frequency signals, with a function circuit for extracting the signals as a function of time for the compression and a function circuit to exponentiate the signals as a function of the time for expansion use, according to patent no. ......... (acc. P 24 17 261.C in that the functional circuit (3; 8, 9, 10) from a logarithmic circuit in series to a multiplication circuit for multiplying by a constant factor and a counter-logarithmic circuit consists, and that the multiplication circuit for extracting on a multiplication with a fractional factor as well as for exponentiation to a multiplication can be set with an integer factor.

2. A circuit according to claim 1 with an input circuit for determination the absolute value of the Signa: Ls and a zero crossing detector, thereby g e k E n n -z e i c h n e t, duss the input-side signal on the one hand directly and on the other hand can be applied to a 2: 1 analog multiplexer (5) via an inverting stage (6), which in Dependence on the output signal of the zero crossing detector (comparator 7) in the positive half-wave the applied one and with the negative half-wave the inverted one Signal transmits.

3. A circuit according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t, that the input-side 2: 1 analog multiplexer preamplifier (15, 16) is connected are, and that the zero crossing detector can be controlled by the amplified input signal is.

4. A circuit according to claim 2 or 3, characterized in that g e k e n n -z e i c n e t that a large number of functionalities (20, 21, 22; 20 ', 21', 22 ') is connected in parallel that the functional circuits in the individual Branches of the parallel connection can be controlled via preamplifiers (27, 28; 27 ', 28'), that the preamplifier according to the dynamic range of the functional circuits have increasingly greater gain that behind the functional circuits in the individual parcel branches an attenuator corresponding to the assigned preamplifier (29, 30; 29 ', 30') is arranged, and that a selection circuit (35, 36, 37, 23) is available, with which the individual parallel branches can be selected such that a signal with a large dynamic range with adjoining signal levels can be transmitted and is processable.

5. A circuit according to claim 4, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t, that the selection circuit is assigned to the individual parallel branches comparator stages, a logic circuit controlled in front of the comparator stages and the zero crossing detector and an analog multiplexer to adjust according to the dynamic range of the functional circuit to switch on one parallel branch after the other.