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Schaltungsanordnung zur Messung von auf Datenübertragungsstrecken
auftretenden Pegelunterbrechungen und Pegelabsenkungen. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Messung von auf Datenübertragungsstrecken
auftretenden Pegelunterbrechungen und Pegelabsenkungen mit einem sinusförmigen Meßsignal;
das anstelle der Daten von der Sendestelle zur Empfangsstelle übertragen wird, und
einer Empfangseinrichtung, die jede Pegelabsenkung des Meßsignals unter einen bestimmten
einstellbaren Spannungswert anzeigt.
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Bei der Nachrichtenübertragung treten auf den Ubertragungsstrecken
kurzzeitige Unterbrechungen oder Pegelabsenkungen auf Während bei der Sprachübertragung
diese Störeinflüsse die Übertragung kaum oder nur in geringem Maße beeinflussen,
treten bei der digitalen Datenübertragung starke Beeinträchtigungen durch Verfälschung
der binär übertragenen Daten auf, die nur schwer erkennbar sind. Für die Sicherung
der Datenübertragung ist es daher notwendig, die Häufigkeit von Unterbrechungen
und Pegelabsenkungen auf einer bestimmten Ubertragungsstrecke vorher zu kennen.
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Zur Bestimmung der Unterbrechungshäufigkeit auf Fernsprechkanälen
ist es bekannt (fernmelde-praxis 1970, Band 47, Seite 487 bis 499) eine Meßsignalfrequenz
von 2 kHz über die Ubertragungsstrecke zu übertragen und auf der Empfangsseite zu
bewerten. Im Meßempfänger werden aus dem empfangenen Meßsignal mit einer Brückenschaltung
drei in ihrer Phase um je
600 gegeneinander versetzte Spannungen
erzeugt, die vollweggleichgerichtet und danach summiert werden. Die von der Gleichrichteranordnung
erzeugte Spannung wird über eine Emitterfolgerstufe einer Schmitt-Trigger-Stufe
zugeführt, die drei einstellbare Ansprechschwellen aufweist. Sinkt der Meßsignalpegel
um den eingestellten oder einen größeren Betrag ab, so gibt die Schaltungsanordnung
ein Gleichspannungssignal an die nachfolgende digitale Meßeinrichtung weiter.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine besonders einfache Schaltungsanordnung
zur Messung der Pegelunterbrechungen und Pegelabsenkungen unter einem bestimmten
Wert aufzuzeigen, die eine hohe Störsicherheit besitzt. Eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung
soll es ermöglichen, eine Anzeige nur dann durchzuführen, wenn die Pegelabsenkungen
und der wiederkehrende Normalpegel für eine bestimmte Zeitdauer auftreten.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das empfangene
sinusförmige Meßsignal an einer Gleichrichterstufe anliegt, der ein Tiefpaßfilter
nachgeschaltet ist, daß das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters an einer Vergleichsstufe
anliegt, die beim Unterschreiten eines ersten einstellbaren Gleichspannungswertes
durch das Tiefpaßausgangssignal den einen und beim Überschreiten eines zweiten einstellbaren
Gleichspannungswertes, der höher ist als der erste Wert, den anderen binären Zustand
als Ausgangssignal abgibt.
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Die Schaltungsanordnung erfordert einen geringen Aufwand und besitzt
infolge des eingesetzten Tiefpaßfilters eine hohe Störsicherheit. Die Vergleichsstufe
ist besonders einfach als Differenzverstärker ausgeführt, dem eine von einem Spannungsteiler
abgeleitete Gleichspannung als Referenzspannung zugeführt wird und der eine Hysterese
aufweist. Die Schaltungsanordnung ermöglicht es, Pegelunterbrechungen und Absenkungen
von der Dauer einer Periode des sinusförmigen Meßsignals anzuzeigen. Eine besonders
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung erlaubt es, eine zeitliche Bewertung für
die Pegelabsenkung und die Wiederkehr des Pegels vorzunehmen.
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Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Prinzipschaltbildern
und dazu gehörenden Zeitdiagrammen erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Prinzip die Schaltungsanordnung zur Messung der Pegelunterbrechungen,
Fig. 2 zeigt im Zeitdiagramm die an den einzelnen Baustufen der Anordnung nach Fig.
1 auftretenden Spannungsverläufe, Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm zu der Schaltungsanordnung
nach Fig. 3.
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Im Prinzipschaltbild in Fig. 1 gelangt das Meßsignal mit der Frequenz
f und einem Nominalpegel PN auf der Empfangsseite 5 über den Eingang E an eine Gleichrichterstufe
GL, die das Meßsignal gleichrichtet. Fig. 2 zeigt in Zeile 1 das am Eingang E anliegende
Empfangssignal, das eine Pegelabsenkung enthält. Um Amplitudenabsenkungen von beispielsweise
der Dauer einer Periode T = 1/f des sinusförmigen Meßsignals noch 5 5 sicher meßtechnisch
erfassen zu können, wird die Impulsantwort eines Tiefpaßfilters ausgewertet. Mit
PU ist der Unterpegel in Fig. 2 bezeichnet. Dem Eingang des Tiefpasses TP werden
die gleichgerichteten Sinushalbwellen des Meßsignals (Zeile 2 in Fig. 2) zugeführt.
Der Tiefpaß gibt am Ausgang die Hüllkurve des empfangenen, gleichgerichteten Meßsignales
ab (Zeile 3). Die Grenzfrequenz des Tiefpasses ist dabei so zu wählen, daß das Ausgangssignal
des Tiefpasses bei der kürzesten zu messenden Unterbrechungsdauer tmin noch voll
einschwingt. Damit wird eine von der Dauer t der Unterbrechung, die größer ist als
die Einschwingzeit t der Ubertragungsstrekke, unabhängige Schwellenbewertung der
Amplitudenabsenkung erreicht. Der Zusammenhang zwischen Einschwingzeit Te und Grenzfrequenz
f des Tiefpasses ist durch folgende Beziehung g gegeben:
Ersetzt man in dieser Beziehung die Einschwingzeit T durch e die
kürzeste zu messende Unterbrechungsdauer tmin als Periodendauer T5 des Meßsignals,
so ergibt sich folgende Beziehung zwischen Grenzfrequenz g des Tiefpasses und der
Meßsignalfrequenz f5:
Zur Amplitudenbewertung wird die Ausgangs spannung des Tiefpasses TP dem nicht invertierenden
Eingang eines als Vergleicher arbeitenden Differenzverstärkers V zugeführt. Am invertierenden
Eingang liegt eine einstellbare Gleichspannung als Vergleichsspannung an, die den
Ansprechschwellwert Ul (Zeile 3 in Fig. 2) des Verstärkers bestimmt. Durch eine
Rückkopplung vom Ausgang A des Differenzverstärkers über den Widerstand R auf den
nicht invertierenden Eingang wird die zweite Ansprechschwelle U2 eingestellt. Damit
wird eine bestimmte HysteresewirkungU (Zeile 3) erreicht, die die Stabilität der
Empfangsschaltung wesentlich erhöht. Bei kurzzeitigen, geringfügigen über oder Unterschreitungen
der Spannungsschwelle U1, wie dies beispielsweise bei einer geringen Restwelligkeit
der Ausgangsspannung des Tiefpasses auftreten kann, würde ansonsten der Differenzverstärker
ständig ansprechen.
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Der als Vergleicher geschaltete Differenzverstärker V liefert an seinem
Ausgang ein digitales Signal (Ua), das bei anliegendem Meßsignal mit einem Pegel
oberhalb der Bewertungsschwelle den einen binären Zustand und bei einer Pegelunterbrechung
oder einer Pegelabsenkung unter die Bewertungsschwelle den anderen binären Zustand
einnimmt (Zeile 4). Das Ausgangssignal Ua wird am Ausgang A mit Klassifizier- und
Zähleinrichtungen, beispielsweise nach Unterbrechungsdauer und Unterbrechungshäufigkeit
ausgewertet.
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Die Fig. 3 zeigt eine erweiterte Schaltungsausführung, bei der neben
der Amplitudenbewertung des Meßsignals eine zeitliche Bewertung für die Unterbrechung
und die Wiederkehr des Pegels erfolgt. Das Ausgangssignal, das kennzeichnet, ob
Normalpegel oder eine Pegelunterbrechung des Meßsignals vorliegt, nimmt erst dann
den anderen binären Zustand ein, wenn die Absenkung oder die Wiederkehr des Pegels,
bezogen auf die Bewertungsschwelle,eine vorgegebene Mindestzeit andauert.
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Die Fig. 4 zeigt die am Ausgang der einzelnen Stufen der Schaltung
nach Fig. 3 auftretenden Impulsdiagramme. Das empfangene Meßsignal liegt, wie in
Fig. 1, an einer Gleichrichterstufe GL mit einem nachgeschalteten Tiefpaß TP an,
dem eine Vergleichsstufe V in Form eines Differenzverstärkers nachgeschaltet ist.
Mit dem Regelwiderstand R3 wird der Spannungsschwellwert U1 eingestellt, während
mit dem Rückkopplungswiderstand R die Hysteresewirkung der Vergleichsstufe erreicht
wird. In Fig. 4 zeigt die Zeile 1 das Ausgangssignal des Tiefpasses TP, wobei lediglich
der erste Spannungsschwellwert U1 eingezeichnet ist und die Hysteresewirkung aus
Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt wurde. Zeile 2 zeigt das am Ausgang
der Vergleichs stufe entstehende Signal. -Für die zeitliche Bewertung der Pegelabsenkungen
und der Wiederkehr des Pegels sind zwei getrennte, voneinander unabhängig einstellbare
Zeitglieder angeordnet. Die Zeitglieder werden durch kapazitiv rückgekoppelte Operationsverstärker
gebildet, die als Integratoren I1, I2 geschaltet sind und mit je einem Schaltverstärker
(SV1, SV2) mit fester Ansprechschwelle verknüpft sind. Die beiden Integratoren haben
für die ansteigende und abfallende Flanke des binären Ausgangssignals der Vergleichs
stufe V unterschiedliche Zeitkonstanten. Beim Pegelausfall oder einer Absenkung
unter den Ansprechschwellwert U1 wird der Integrator I1 und bei der Pegelwiederkehr
der Integrator I2 mit der ihnen eigenen Zeitkonstante eingeschaltet. Wenn Normalpegel
an der Empfangsschaltung anliegt,
erscheint am Ausgang der Vergleichsstufe
V ein positives Signal. Am Ausgang der Inverter I1 und I2 entsteht ein negatives
Signal (Zeile 3 und 4 in Fig. 4), da die Operationsverstärker das Eingangssignal
negieren. Der Schaltverstärker SV1 gibt am Ausgang eine positive Spannung ab (Zeile
5), während der Schaltverstärker SV2 eine negative Spannung abgibt (Zeile 6). Die
von den beiden Schaltverstärkern gesteuerte Kippstufe K gibt am Ausgang eine positive
Spannung ab, die dem Zustand "Normalpegel vorhanden" entspricht (Zeile 7).
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Dieser Normalzustand herrscht solange, bis der Pegel des empfangenen
Meßsignals absinkt. Im Zeitpunkt t1 (Fig. 4) wird der Spannungsschwellwert Ul durch
das Ausgangssignal des Tiefpasses unterschritten. Es entsteht am Ausgang der Vergleichsstufe
eine neyative Spannung. Die Diode D1 ist gesperrt und der kondensator Cl wird über
den Widerstand R1 mit der sich daraus ergebenden Zeitkonstante umgeladen. Nach der
Zeitdauer T1 wird der Schwellwert der Schaltstufe SV1, der bei 0 V liegt, überschritten
und am Ausgang entsteht ein negatives Signal (t + T1) das die Kippstufe umsteuert,
so daß am Ausgang A das den Pegelausfall kennzeichnende binäre Signal entsteht.
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Im Zeitpunkt tl, wenn am Ausgang der Vergleichsstufe ein negatives
Signal entsteht, wird die Diode D2 leitend, so daß der Kondensator C2, der die gleiche
Ladung wie der Rondensator Cl aufweist, über den Widerstand R2', dessen Widerstandswert
sehr viel kleiner ist als der Wert des Widerstandes R2, rasch umgeladen wird (Zeile
4). Der umgekehrte Vorgang läuft bei der Wiederkehr des Pegels ab. Beim Überschreiten
des Spannungsschwellwertes U1 im Zeitpunkt t2 wird der Kondensator C1 rasch über
die Diode D1 und den Widerstand R1' umgeladen, wobei der Widerstandswert von R1'
sehr viel kleiner ist als der Wert des Widerstandes R1. Der Kondensator C2 wird
über den Widerstand R2 - die Diode D2 ist gesperrt - mit der entsprechenden Zeitkonstante
umgeladen. Nach der Zeitdauer T2 wird der Schwellwert erreicht und der Schaltverstärker
SV2 spricht an und steuert die Kippstufe K in die Lage, die dem Zustand Normalpegel
entspricht (t2 + T2).
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Bei kurzzeitigen Unterschreitungen des Spannungsschwellwertes U1,
deren Dauer kürzer ist als die Zeitdauer T1 (t7, t8) und kurzzeitigen Überschreitungen
des Spannungsschwellwertes Ul, deren Zeitdauer kürzer ist als T2 (t4, t5), wird
zwar jedesmal ein Umladevorgang des Kondensators ausgelöst, aber der Schwellwert
wird beim zugehörigen Schaltverstärker, bei dessen Integrator der Umladevorgang
langsam erfolgt, nicht erreicht und damit keine Änderung der Ausgangsspannung an
diesem Schaltverstärker und damit auch an der Kippstufe K hervorgerufen (t5 + T1,
t8 + T2). Die Kippstufe kippt nur dann in die dem Pegelzustand entsprechende Lage,
wenn der Pegelausfall mindestens eine Zeitdauer von T1 andauert und der wiederkehrende
Pegel mindestens eine Zeitdauer von T2 erhalten bleibt.
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Das Ausgangssignal der Kippstufe wird mit Klassifiziereinrichtungen
bewertet und die Unterbrechungshäufigkeit ermittelt. Die Meßschaltung läßt sich
mit im Handel erhältlichen Bausteinen, wie Differenzverstärkern, Operationsverstärkern,
Schaltstufen und Kippstufen aufbauen. Der Tiefpaß wird so gewählt, daß jeweils eine
Unterbrechung von einer Periode des Meßsignals im Ausgangs signal der Vergleichsstufe
angezeigt wird.
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4 Patentansprüche 4 Figuren