DE2442822B2

DE2442822B2 - Schaltungsanordnung zur Messung von auf Datenübertragungsstrecken auftretenden Pegelunterbrechungen und Pegelabsenkungen

Info

Publication number: DE2442822B2
Application number: DE2442822A
Authority: DE
Inventors: Erwin 8000 Muenchen Schenk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-06
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1978-08-03
Also published as: DE2442822C3; DE2442822A1

Description

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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 Empfangssielle übertragen wird und einer Empfangseinrichtung, in der das empfangene und gleichgerichtete Meßsignal an einer Vergleichsstufe anliegt, die beim Überschreiten eines ersten Spannungswertes den einen und beim Überschreiten eines zweiten Spannungswertes den anderen binären Zustand als Ausgangssignal abgibt.

Bei der Nachrichtenübertragung treten auf den Übertragungsstrecken 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 Übertragungsstrecke vorher zu kennen.

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 Übertragungsstrecke zu übertragen und auf der Empfangsseite zu bewerten. Im Meßempfänger werden aus dem empfangenen Meßsignal mit einer Brückenschaltung drei in ihrer Phase um je 60° 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.

Es ist bereits eine Rückkopplungsanordnung für einen Pegelanzeiger mit einem Vergleicherverstärker, einer Einrichtung zum Einspeisen einer Bezugsspannung und einer Anzeigespannung in eine Eingangsschaltung des Vergleicherverstärkers bekannt, bei der das an den Vergleicherverstärkern eingegebene Anzeigesignal über eine den Strom nur in einer Richtung durchlassende Diode zugeführt wird (DE-OS 24 06 885).

Die bekannte Schaltungsanordnung weist eine geringere Störsicherheit auf. Eine zeitlich unabhängige Bewertung der Unterbrechung und der Wiederkehr des Pegels ist nicht möglich. Die Schaltungsanordnung ermöglicht keine Einstellung für eine kürzeste noch sicher anzazeigende Unterbrechung bzw. Absenkung des Pegels.

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. Die Schaltungsanordnung soll es ermöglichen, eine Anzeige nur dann durchzuführen, wenn die Pegelabsenkungen und der wiederkehrende Normalpegel für eine bestimmte Zeitdauer auftreten.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß das gleichgerichtete Meßsignal an einem Tiefpaßfilter anliegt, dessen Ausgangssignal an der Vergleichsstufe anliegt, daß das Ausgangssignal der Vergleichsstufe an einer ersten Zeitstufe mit auf die abfallende Flanke des Ausgangssignals ansprechender Verzögerungszeit und einer zweiten Zeitstufe mit einer auf die ansteigende Flanke des Ausgangssignals ansprechender Verzögerungszeit anliegt, daß die Zeitstufen beim dauernden Vorhandensein des entsprechenden Pegelzustandes während der Verzögerungszeit ein Ausgangssignal abgeben und daß die beiden Ausgangssignale der Zeitstufen eine Kippstufe steuern, an deren Ausgang das dem Pegelzustand entsprechende binäre Signal entsteht. Die Schaltungsanordnung erfordert einen geringeren 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 sicher anzuzeigen. Die Schaltungsanordnung erlaubt es, neben der Amplitudenbewertung des Meßsignals eine zeitliche Bewertung für die Pegelabsenkung und die Wiederkehr des Pegels vorzunehmen.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Prinzipschaltbildern und Zeitdiagrammen erläutert

F i g. 1 zeigt im Prinzip die Schaltungsanordnung zur Messung der Pegelunterbrechungen·,

Fig.2 zeigt im Zeitdiagramm die an den einzelnen Baustufen der Anordnung nach F i g. 1 auftretenden Spannungsverläufe;

Fig.3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach F i g. 1, und

F i g. 4 zeigt ein Zeitdiagramm zu der Schaltungsanordnung nach F i g. 3.

Im Prinzipschaltbild in F i g. 1 gelangt das Meßsignal mit der Frequenz f_s und einem Nominalpegel Pn auf der Empfangsseite über den Eingang E an eine Gleichrichterstufe GL, die das Meßsignal gleichrichtet F i g. 2 zeigt in Zeile 1 das am Eingang E anliegende Empfangssignal, das eine Pegelabsenkung enthält. Um Amplitudenabsenkungen von beispielsweise der Dauer einer Periode T_s = Mf_s des sinusförmigen Meßsignals noch sicher meßtechnisch erfassen zu können, wird die Impulsantwort eines Tiefpaßfilters ausgewertet. Mit Pu 3» ist der Unterpegel in F i g. 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 Meßsignals ab (Zeile 3 in F i g. 2). 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 f der Unterbrechung, die größer ist als die Einschwingzeit τ der Übertragungsstrecke, unabhängige Schwellenbewertung der Amplitudenabsenkung erreicht. Der Zusammenhang zwischen Einschwingzeit T_e und Grenzfrequenz f_g des Tiefpasses ist durch folgende Beziehung gegeben:

T₁.

2/.

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Ersetzt man in dieser Beziehung die Einschwingzeit Te durch die kürzeste zu messende Unterbrechungsdauer tmm als Periodendauer T₅ des Meßsignals, so ergibt sich folgende Beziehung zwischen Grenzfreqi'enz f_g des Tiefpasses und der Meßsignalfrequenz f_s:

J₁ - y<

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Zur Amplitudenbewertung wird die Ausgangsspannung des Tiefpasses TP dem nicht invertierenden Eingang eines als Vergleicher arbeitenden Differenz-Verstärkers V zugeführt. Am invertierenden Eingang liegt eine einstellbare Gleichspannung als Vergleichsspannung an, die den Ansprechschwellwert UX (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 i/2 eingestellt Damit wird eine bestimmte Hysteresewirkung Δ i/(Zeile 3 in F i g. 2) erreicht, die die Stabilität der Empfangsschaltung wesentlich erhöht Bei kurzzeitigen, geringfügigen Über- oder Unterschreitungen der Spannungsschwelle UX, wie dies beispielsweise bei ■einer geringen Restwelligkeit der Ausgangsspannung des Tiefpasses auftreten kann, würde ansonsten der Differenzverstärker ständig ansprechen. 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 in F i g. 2). Das Ausgangssignal Ua wird am Ausgang A mit Klassifizier- und Zähleinrichtungen, beispielsweise nach Unterbrechungsdauer und Unterbrechungshäufigkeit ausgewertet

Die F i g. 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. Die F i g. 4 zeigt die am Ausgang der einzelnen Stufen der Schaltung nach Fig.3 auftretenden Impulsdiagramme. Das empfangene Meßsignal liegt, wie in F i g. 1, an einer Gleichrichterstufe GL mit einem nachgeschalteten Tiefpaß TP an, dem eine Vergleichsstufe V in Form eines Differenzverstärkers nachgeschaltet ist. Mit dem Regelwiderstand R 3 wird der Spannungsschwellwert U1 eingestellt, während mit dem Rückkopplungswiderstand R die Hysteresewirkung der Vergleichsstufe erreicht wird. In F i g. 4 zeigt die Zeile 1 das Ausgangssignal des Tiefpasses TP, wobei lediglich der erste Spannungsschwellwert Ui eingezeichnet ist und die Hysteresewirkung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt wurde. Zeile 2 zeigt das am Ausgang der Vergleichsstufe 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 /1, /2 geschaltet sind und mit je einem Schaltverstärker (SVX, SV2) mit fester Ansprechschwelle verknüpft sind. Die beiden Integratoren haben für die ansteigende und abfallende Flanke des binären Ausgangssignals der Vergleichsstufe Kunterschiedliche Zeitkonstanten. Beim Pegelausfall oder einer Absenkung unter den Ansprechschwellwert UX wird der Integrator IX und bei der Pegelwiederkehr der Integrator /2 mit der ihnen eigenen Zeitkonstante eingeschaltet. Wenn der Normalpegel an der Empfangsschaltung anliegt, erscheint am Ausgang der Vergleichsstufe Kein positives Signal. Am Ausgang der Inverter /1 und /2 entsteht ein negatives Signal (Zeile 3 und 4 in F i g. 4), da die Operationsverstärker das Eingangssignal negieren. Der Schaltverstärker SVX 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). Dieser Normalzustand ■-> herrscht solange, bis der Pegel des empfangenen Meßsignals absinkt. Im Zeitpunkt il (Fig.4) wird der Spannungsschwellwert Ui durch das Ausgangssignal des Tiefpasses unterschritten. Es entsteht am Ausgang der Vergleichsstufe eine negative Spannung. Die Diode ι ο D1 ist gesperrt, und der Kondensator C1 wird über den Widerstand R1 mit der sich daraus ergebenen Zeitkonstante umgeladen. Nach der Zeitdauer Ti wird der Schwellwert der Schaltstufe 5Vl, der bei 0 V liegt, überschritten, und am Ausgang entsteht ein negatives p-, Signal (t 1 + Γι) das die Kippstufe umsteuert, so daß am Ausgang A das den Pegelausfall kennzeichnende binäre Signal entsteht. Im Zeitpunkt 11, wenn am Ausgang der Vergleichsstufe ein negatives Signal entsteht, wird die Diode D 2 leitend, so daß der Kondensator C2, der die 2» gleiche Ladung wie der Kondensator C1 aufweist, über den Widerstand R 2', dessen Widerstandswert sehr viel kleiner ist als der Wert des Widerstandes R 2, rasch umgeladen wird (Zeile 4). Der umgekehrte Vorgang läuft bei der Wiederkehr des Pegels ab. Beim :> Überschreiten des Spannungsschwellwertes Ui im Zeitpunkt t2 wird der Kondensator Ci rasch über die Diode D 1 und den Widerstand R Γ umgeladen, wobei der Widerstandswert von R V sehr viel kleiner ist als der Wert des Widerstandes R i. Der Kondensator C2 wird über den Widerstand R 2 — die Diode D 2 ist gesperrt — mit der entsprechenden Zeitkonstante umgeladen. Nach der Zeitdauer Tj wird der Schwellwert erreicht, und der Schaltverstärker SV2 spricht an und steuert die Kippstufe K in die Lage, die dem Zustand »Normalpegel« entspricht (t 2 + Tj).

Bei kurzzeitigen Unterschreitungen des Spannungsschwellwertes Ui, deren Dauer kürzer ist als die Zeitdauer Ti (t 7, i8) und kurzzeitigen Überschreitungen des Spannungsschwellwertes Ui, deren Zeitdauer kürzer ist als T2 ff 4, i5), 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 + T\. f8 + T2). Die Kippstufe kippt nur dann in die dem Pegelzustand entsprechende Lage, wenn der Pegelausfall mindestens eine Zeitdauer von Ti andauert und der wiederkehrende Pegel mindestens eine Zeitdauer von F₂ erhalten bleibt.

Das Ausgangssignal der Kippstufe wird mit Klassifiziereinrichtungen bewertet und die Unterbrechungshäufigkeit ermittelt. Die Meßschaltung läßt sich mit inHandel erhältlichen Bausteinen, wie Differenzverstärkern, Operationsverstärkern, Schaltstufen und Kippstufen aufbauen. Der Tiefpaß wird so gewählt, daß jeweil; eine Unterbrechung von einer Periode des Meßsignal; im Ausgangssignal der Vergleichsstufe angezeigt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung von auf Datenübertragungsstrecken auftretenden Pegelunterbrcchungen und Pegelabsenkungen mit einem sinusförmigen Meßsignal, das anstelle der Daten von der Sendestelle zur Empfangsstelle übertragen wird und einer Empfangseinrichtung, in der das empfangene und gleichgerichtete Meßsignal an einer Vergleichsstufe anliegt, die beim Oberschreiten eines ersten Spannungswertes den einen und beim Überschreiten eines zweiten Spannungswertes den anderen binären Zustand als Ausgangssignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichgerichtete Meßsignal an einem Tiefpaßfilter (TP) anliegt, dessen Ausgangssignal an der Vergleichsstufe (V) anliegt, daß das Ausgangssignal der Vergleichsstufe an einer ersten Zeitstufe (Ii, SVl) mit auf die abfallende Flanke des Ausgangssignals ansprechender Verzögerungszeit und einer zweiten Zeitstufe (12, SV2) mit einer auf die ansteigende Flanke des Ausgangssignals ansprechender Verzögerungszeit anliegt, daß die Zeitstufen beim dauernden Vorhandensein des entsprechenden Pegelzustandes während der Verzögerungszeit ein Ausgangssignal abgeben und daß die beiden Ausgangssignale der Zeitstufen eine Kippstufe (K) steuern, an deren Ausgang (A)das dem Pegelzustand entsprechende binäre Signal entsteht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitglied jeweils ein negierender Operationsverstärker (H, 12) als Integrator geschaltet ist, daß die Umladung des zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers angeordneten Kondensators (Ci, C2) über ein Dioden-Widerstands-Netzwerk (Rl, Ri', Di, R 2, R 2', D 2) erfolgt, und daß dem Operationsverstärker jeweils ein Schaltverstärker (SVl, SV2) nachgeschaltet ist, der die Kippstufe ^steuert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (V) über einen hochohmigen Widerstand (R 1, R 2) am Eingang des Operationsverstärkers (Ii, 12) anliegt, daß parallel zu diesem Widerstand (R 1, R 2) ein in Serie mit einer Diode (Dl, D 2) geschalteter niederohmiger Widerstand (R V, R2') angeordnet ist und daß die Diode (Dl) am Eingang des einen Operationsverstärkers (II) entgegengesetzt zur Diode (D 2) am Eingang des anderen Operationsverstärkers (12) gepolt ist.