DE2442822C3

DE2442822C3 - Schaltungsanordnung zur Messung von auf Datenubertragungsstrecken auftretenden Pegelunterbrechungen und Pegelabsenkungen

Info

Publication number: DE2442822C3
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: 1979-04-05
Also published as: DE2442822B2; DE2442822A1

Description

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 m> 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 hi 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 Obertragungsstrecke 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 Obertragungsstrecke zu übertragen und auf der Empfangsseite zu bewerten. Im Meßemp-Gnger 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 ev.xm Vergleicherversiärker, 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 anzuzeigende 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 <ter 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 Zeitdiagramni die an den einzelnen Baustufen der Anordnung nach Fig. 1 auftretenden Spannungsverläufe;

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

Fig.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 /j und einem Nominalpege! Ph 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 T₅ = 1//, des sinusförmigen Meßsignals noch sicher meßtechnisch erfassen zu können, wird die Impulsantwort eines Tiefpaßfilters ausgewertet Mit Pv 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 tmw noch voll einschwingt Damit wird eine von der Dauer t der Unterbrechung, die größer ist als die Einschwirjzeit r der Übertragungsstrecke, unabhängige Schwellenbewertung der Amplitudenabsenkung erreicht Der Zusammenhang zwischen Einschwingzeit Te und Grenzfrequenz f_r des Tiefpasses ist durch folgende Beziehung gegeben:

Ersetzt man in dieser Beziehung die Einschwingzeit T₁. durch die kürzeste zu messende Unterbrechungsdauer t„„„ als Periodendauer T, des Meßsignals, so ergibt lieh folgende Beziehung zwischen Grenzfrequenz (_f des Tiefpasses und der Meßsignalfrequenz f,:

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 U1 (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 t/2

^r> eingestellt Damit wird eine bestimmte Hysteresewirkung Δ U(ZeWe 3 in F i g. 2) erreicht die die Stabilität der Empfangsschaltung wesentlich erhöht Bei kurzzeitigen, geringfügigen Über- oder Unterschreitungen der Spannungsschwelle Ui, wie dies beispielsweise bei

ι» 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 Fig.2). Das Ausgangssi-

2(j gnal Ua wird am Ausgang A mti Klassifizier- und Zähleinrichtungen, beispielsweise ;ch Unterbre chungsdauer und Unterbrechungsnäufibkeη ausgewer tet

Die Fig. 3 zeigt eine erweiterte Schaltungsausfüh-

r> rung, bei der neben der Amplitudenbewertung des Meßsign^^ls eine zeitliche Bewertung für die Unterbrechung und die Wiederkehr des Pegels erfolgt Das Ausgangssignal, das kennzeichnet ob Normalpegel oder eine Pegelunterbrechung des Meßsignals vorliegt,

jo 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 F i g. 3

r> 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 vird der Spannungsschwellwert U1 eingestellt während mit dem Rückkopplungswiderstand R die Hysteresewirkung der Vergieichsstufe erreicht wird. In F i g. 4 zeigt die Zeile 1 das Ausgangssignal des Tiefpasses TP, wobei lediglich der erste Spannungsschwellwert L'1 einge-

■r. zeichnet 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.

jo voneinander unabhängig einstellbare Zeitglieder angeordnet. Die Zeitglieder werden durch kapazitiv rückgekoppelte Operationsverstärker gebildet, die als Integratoren IX, 12 geschaltet sind und mit je einem Schaltverstärker (SVi. 5V2) mit fester Ansprech-

ίί schwelle verknüpft sind. Die beiden Integratoren haben für die ansteigende i'nd abfallende Flanke d:s binären Ausgangssignals der Vergleichsstufe Vunterschiedliche Zeitkonstanten. Beim Pegelausfall oder einer Absenkung unter den Ansprechschwellwert Ui wird der Integrator /1 unc' bei der Pegelwiederkehr der Integrator 11 mit der ihnen eigenen Zeitkonstante eingeschaltet. Wenn der Normalpegel an der Empfangsschaltung anliegt, erscheint am Ausgang der Vergleichsstufe Vein positives Signal. Am Ausgang der Inverter /1 und /2 entsteht ein negatives Signal (Zeile 3 und 4 in F i g. 4), da die Operatiomsversiärker das Eingangssignal negieren. Der Schaltverstärker SVi 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 2!ustand »Normalpegel vorhanden« entspricht (Zeile 7). Dieser Normalzustand herrscht solange, bis der Pegel des empfangenen Meßsignals absinkt. Im Zeitpunkt rl (Fig.4) wird der Spannungsschwellwert Ui durch das Ausgangssignal des Tiefpasses unterschritten. Es entsteht am Ausgang der Vergleichsstufe eine negative Spannung. Die Diode D i ist gesperrt, und der Kondensator C1 wird über den Widerstand R1 mit der sich daraus ergebenen Zeitkonstnnte umgeladen. Nach der Zeitdauer 71 wird der Schwellwert der Schaltstufe SVi, der bei 0 V liegt, überschritten, und am Ausgang entsteht ein negatives Signal fr 1 + 71) 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 gleiche Ladung wie der Kondensator Ci aufweist, über den Widerstand R2', 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 /2 wird der Kondensator Ci rasch über die Diode Di und den Widerstand R Γ umgeladen, wobei der Widersiandswert von R Y sehr viel kleiner ist als der Wert des Widerstandes R 1. Der Kondensator C2 wird über den Widerstand /?2 — die Diode D 2 isl 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 (t 2 + T₂).

Bei kurzzeitigen Unterschreitungen des Spannungsschwellwertes Ui, deren Dauer kürzer ist als die Zeitdauer 71 ((7, f8) und kurzzeitigen Überschreitungen des Spannungsschwellwertes Ui, deren Zeitdauer kürzer ist als T₂ fr 4, f5), 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 (15 + 7Ί, (8 + T₂). Die Kippstufe kippt nur dann in die dem Pegelzustand entsprechende LaKe, wenn der Pegelausfall mindestens eine Zeitdauer von Ti andauert und der wiederkehrende Pegel mindestens eine Zeitdauer von T₁ erhalten bleibt.

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 rvieBsignais im Ausgangssignal der Vergleichsstufe angezeigt wird.

Hierzu 3 Blatt Zciduuinucn

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung von auf Datenübertragungsstrecken auftretenden Pegelun- ϊ terbrechungen 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 i< > Vergleichsstufe anliegt die beim Oberschreiten eines ersten Spannungswertes den einen und beim Oberschreiten 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 Zeitslufe (IX, SVX) mit auf die abfallende Flanke des Ausgangssignals ansprechender Verzögerungszeit und einer zweiten Zeitstufe (Vi, 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 Zettglied jeweils ein negierender Operationsverstärker (IX, 12) als Integrator geschaltet ist daß die Umladung des zwischen Eingang und Absgang des Operationsver- r> stärkers angeordneten Kondensa ors CCl, C2) über ein Dioden-Widerstands-Netzwerk (RX, RX', DX, R 2, R 2', D 2) erfolgt und daß dem Operationsverstärker jeweils ein Schaltverstärker (SVX, SV2) nachgeschaltet ist. der die Kippstufe C^steuert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Ausgangssigna! der Vergleichsstufe (V) über einen hochohmigen Widerstand (R X, R 2) am Eingang des Operationsverstärkers (Ii, 12) anliegt daß parallel zu diesem 4> Widerstand (RX, R 2) ein in Serie mit einer Diode (Di, D2) geschalteter niederohmiger Widerstand (R Γ. R 2') angeordnet ist und daß die Diode (Di) am Eingang des einen Operationsverstärkers (IX) entgegengesetzt zur Diode (D 2) am Eingang des w anderen Operationsverstärkers (12) gepolt ist.