DE2530725B2 - Frequenzdemodulator fuer ein system zur datenuebertragung mit hilfe von frequenzumtastung - Google Patents

Description

2. Frequenzdemodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtinvertierender Verstärker (8) und ein invertierender Verstärker (9), die dieselbe Spannung (V₀) verstärken, die 2 Spannungen (k\ Vo, fc Vo) unterschiedlicher Polarität erzeugen, wobei die Verstärkung mindestens eines der Verstärker zum Ausgleich der einseitigen Verzerrung einstellbar ist

3. Frequenzdemodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der einseitigen Verzerrung die Impulsdauer der monostabilen Kippschaltung (2) einstellbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzdemodulator für ein System zur Datenübertragung mit Hilfe von Frequenzumtastung, wobei dieser Demodulator eine Kaskadenschaltung einer monostabilen Kippschaltung, die bei den Übergängen eines dem zu demodulierenden Signal entsprechenden Rechtecksignal betätigt wird, eines Tiefpaßfilters sowie einer Entscheidungsschaltung enthält, die das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters mit einer Schwellenspannung vergleicht und das Datensignal regeneriert.

In einem derartigen Demodulator nimmt die Frequenz des Signals am Eingang der monostabilen Kippschaltung die Werte /0 oder f\ an, anhängig vom Wert des binären Datensignals. Das Tiefpaßfilter liefert ein Signal, dessen Wert dem mittleren Wert des Ausgangsimpulssignals der monostabilen Kippschaltung entspricht und auf diese Weise minimale und maximale Pegel annimmt, abhängig von der Frequenz /0 oder /Ί am Eingang des Demodulators. Dieses Signal, das bei den Übergängen zwischen den minimalen und maximalen Pegeln mehr oder weniger abgerundete Flanken aufweist, wird in der Entscheidungsschaltung durch Vergleich mit einer Schwellenspannung regeneriert Diese Entscheidungsschaltung stellt das Rechteck-Datensignal wieder her, in dem die Dauer der Binärelemente »1« und »0« einander gleich sein müssen, unter der Voraussetzung, wie dies nachstehend gemacht wird, daß die Dauer der gesendeten Binärelemente »0« und »1« einander gleich sind. Wenn diese Dauer am Ausgang der Entscheidungsschaltung nicht gleich ist weist das wiedergegebene Datensignal eine als einsem-I Verzerrung bekannte Verzerrung auf. Diese ILauge Verzerrung kann u. a. durch die Verzerrungen des Übertragungsmediums verursacht sein.

DamiUaf Datensignal auf richtige Weise beputzt werden kann, muß die einseitige Verzerrung vermieden werden, und dazu wird in den bekannten Frequenzdemodulatoren die der Entscheidungsschaltung zugefuhrte Schwellenspannung eingestellt bis die Dauer der Binärelemente »0« und »1« einander gleich sind Aber die auf diese Weise erhaltene Einstellung ist nicht sehr stabil, denn sie hängt einerseits von der Speisespannung ab auf der die Schwellenspannung abgeleitet ist und andererseits von den logischen Ausgangspegeln der monostabilen Kippschaltung, die nicht genau definiert

und stabil sind. .

Aus der DT-AS 14 37 173 ist ferner ein Frequenzdemodulator bekannt, der eine Anzahl hintereinandergeschalteter monostabiier Kippstufen sowie 2 Gatter und eine bistabile Kippstufe verwendet Die monostabilen Kippstufen werden jeweils mit der Ruckflanke der vorhergehenden Kippstufe gestartet und ihre Impulsdauern sind so eingestellt daß die Ruckflanke des Eingangssignals bei der höheren Frequenz wahrend der Impulsdauer der einen monostabil kippstufe und bei der anderen Frequenz während der Impulsdauer der nächstfolgenden Kippstufe empfangen wird Die Ausgangssignale dieser Kippstufen bereiten jeweils ein Gatter vor so daß abhängig von der empfangenen Frequenz ein von der Rückflanke des Eingangssignals abgeleitetes Signal von einem der beiden Gatter durchgelassen wird und eine daran angesch ossene bistabile Kippstufe in die eine der beiden Stellungen schaltet. Mit dieser bekannten Anordnung ist zwar eine weitgehend sichere Trennung der beiden Frequenzen möglich, jedoch ist die Anordnung durch die große Anzahl von monostabilen Kippstufen und weiteren Bauelementen sehr aufwendig.

Aufgab? der Erfindung ist es, einen Frequenzdemodulator der eingangs genannten Art anzugeben, der auch bei einfachem Aufbau eine gute Trennung der Frequenzen gewährleistet und einseitige Verzerrungen vermeidet Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung gesteuerter Schalter die eine oder die andere von 2 aus derselben Spannung abgeleiteten Spannungen unterschiedlicher Polarität dem Tiefpaßfilter zuführt, von denen ium Ausgleich der einseitigen Verzerrung mindestens die eine Spannung einstellbar ist, wobei die Schwellenspannung der Entscheidungsschaltung das Nullpotential ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist m den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Frequenzdemodulators,

Fig.2 Diagramme, die die Wirkungsweise der Entscheidungsschaltung erläutern,

Fig.3 den erfindungsgemäßen Frequenzdemodulator, dessen Wirkungsweise durch die Diagramme nach F i g. 4 erläutert wird,

F i g. 5 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Demodulators.

Der bekannte Demodulator nach F i g. 1 und der Demodulator nach der Erfindung nach F i g. 3 bezwekken, die Daten in einem Datenübertragungssystem mit Hilfe von Frequenzumtastung wiederherzustellen, wo-

bei die Binärelemente »0« und »1« der Daten mittels der Frequenzen k und /j übertragen werdea

Bevor das empfangene Signal dem Eingang dieser Demodulatoren zugeführt wird, ist es zunächst im Übertragungssystem in die geeignete Form gebracht, damit ein rechteckiger Verlauf erhalten wird, und dieses Rechtecksignal, dessen Frequenz dem Wert /₀ bzw. /i entspricht, wird dem Eingang der monostabilen Kippschaltung 2 zugeführt Diese letztere 'iefert einen Impuls mit der Dauer τ bei jedem Übergang des Recfe.*£cksignals an ihrem Eingang (oder bei den gleichsinnigen Übergängen), und das auf diese Weise gebildete Impulssignal nimmt die Pegel B₀ oder 5Ί an. Damit eine genaue geeichte Dauer τ erhalten wird, ist es beispielsweise möglich, diese monostabile Kippschaltung in einer bekannten digitalen Form zu realisieren, indem ein Zähler verwendet wird, der die Taktimpulse mit sehr stabiler Frequenz zwischen zwei vorbestimmten Positionen zählt, wobei das Zählen bei jedem Obergang des Rechtecksignals anfängt

Im bekannten Demodulator nach F i g. 1 wird das Ausgangsimpulssigna! der monostabilen Kippschaltung

2 dem Tiefpaßfilter 3 zugeführt, das den Mittelwert desselben liefert Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters, das im Diagramm 2a nach F i g. 2 dargestellt ist, nimmt den niedrigen Pegel Ao an, wenn die Frequenz am Eingang < des Demodulators den Wert k hat der dem Übertragen eines Binärelementes »0« entspricht, und den hohen Pegel Ai, wenn diese Frequenz den Wert /i hat, der dem Übertragen eines BinäreleTientes »1« entspricht Aus mehreren Gründen, u. a. die Beschränkung der Bandbreite des Übertragungskanals, weist das Ausgangssignal des Filters 3 bei den Übergängen zwischen den Werten A₀ und A\ mehr oder weniger abgerundete Flanken auf. Damit ein Rechteck-Datensignal erhalten wird, wird das Ausgangssignal des Filters

3 einem Eingang einer Entscheidungsschaltung zugeführt die durch eine Spannungsvergleichsschaltung 4 gebildet wird, die an einem anderen Eingang eine Schwellenspannung Vs zugeführt bekommt, die aus einer Gleichstromspeisequelle mittels einer Brücke mit den Widerständen 5,6 erhalten wird, deren Enden durch die genannte Quelle an die Spannungen + V und - V gelegt werden.

Am Ausgang der Vergleichsschaltung 4 wird das wiederhergestellte Datensignal, dab im Diagramm 2b dargestellt ist und die gewünschte Rechteckform hat, erhalten, wobei die Übergänge in den Zeitpunkten erscheinen, in denen das veränderliche Signal des Diagramms 2a der Schwellenspannung Vs entspricht.

Beim Fehlen von Verzerrungen im Übertragungskanal wird die Schwellenspannung Vs in die Mitte zwischen den Pegeln A₀ und Ai gelegt, und auf diese Weise ist die Dauer der Elemente »0« im wiederhergestellten Datensignal nach dem Diagramm 2b gleich der Dauer der Elemente »1«.

Wenn im Übertragungskanal Verzerrungen auftreten, wird das Signal nach Diagramm 2a auf eine derartige Weise verzerrt, daß, wenn die Schwellenspannung Vs in der Mitte zwischen den Pegc'n A₀ und A. bleibt die Dauer der Elemente »1« und »0« im Signal nach Diagramm 2b verschieden ist Diese einseitige Verzerrung, die durch die Verzerrungen im Übertragungskanal verursacht wird, kann dem Wert Null gleichgemacht werden, und zwar dadurch, daß die Schwellenspannung Vs bezüglich der Pegel A₀ und A, gewählt wird, und diese Regelung wird im Demodulator nach F i κ. 1 dadurch ausgeführt, daß die Schwellenspannung Vs auf eine geeignete Weise mittels eines veränderlichen Widerstandes S oder 6 eingestellt wird.

Die auf diese Weise erhaltene Regelung ist dennoch nicht sehr stabil, und die einseitige Verzerrung kann abermals erscheinen, was seine Ursache innerhalb des Demodulators findet Einerseits können ja die Speisespannungen + V und — V, von denen die Schwellenspannung V₅ abhängig ist im Laufe der Zeit variieren; andererseits sind die Pege! Ao und Ai des in der

ίο Vergleichsschaltung 4 mit Vs verglichenen Signals von den Pegeln Bo und B\ des von der monostabiien Kippschaltung 2 gelieferten Impulssignals abhängig. Diese Pegel B₀ und Si sind Ausgangspegel von logischen Schaltungen, die bekanntlich nicht genau definiert sind und im Laufe der Zeit variieren können.

Der in Fig.3 dargestellte Demodulator nach der Erfindung enthält Mittel zum Regeln der einseitigen Verzerrung, wobei die genannten Nachteile vermieden sind. Der genannte Demodulator enthält Elemente, die Elementen des Demodulators nach F i g. 1 entsprechen und mit denselben Bezugszeichen angegeben sind.

Der in F i g. 3 dargestellte erfindungsgemäße Demodulator enthält einen Schalter 7 mit zwei Stellungen, der durch das von der monostabilen Kippschaltung 2 gelieferte Signal betätigt wird und der die eine oder die andere von zwei Spannungen /ei Vo und — fc Vo, die aus derselben Speisespannungsquelle V₀ abgeleitet werden, mit verschiedenen vom Wert B₀ oder ß, des Ausgangssignals der monostabilen Kippschaltung 2 abhängigen

jo Polaritäten dem Tiefpaßfilter 3 zuführt In der Ausführungsform nach F i g. 3 werden die beiden Spannungen k\ Vq und — fo V₀ aus dem richtinvertierenden Verstärker 8 und aus dem invertierenden Verstärker 9 erhalten, der dieselbe Spannung V₀ verstärkt mit der positiven Verstärkung /fi bzw. der negativen Verstärkung -Ar₂. Zur Einstellung der einseitigen Verzerrung gibt es Mittel, um beispielsweise die Spannung — it₂ V₀ einzustellen (durch Einstellung der Verstärkung -Jt₂ des invertierenden Verstärkers 9), wobei die der Vergleichsschaltung 4 zugeführte Schwellenspannung Vs auf Massepotential gelegt wird (Vs = 0). In F i g. 3 hat der Schalter 7 die Form von Kontakten, und dieser Schalter kann selbstverständlich mit Hilfe statischer Mittel ausgebildet werden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Demodulators ist im Diagramm As nach F i g. 4 das von der monostabilen Kippschaltung 2 gelieferte Impulssignal dargestellt das den Schalter 7 betätigt. Aus der obenstehenden Erläuterung läßt sich auf einfache Weise herleiten, daß das dem Tielpaßfilter 3 vom Schalter 7 gelieferte Signal τ die im Diagramm Ab dargestellte Form hat Während der von der monostabilen Kippschaltung 2 gelieferten Impulse, die eine Dauer τ haben, ist der Pegel des Signals des Filters 3 gleich

ss k\ V₀, und während der restlichen Zeit ist dieser Pegel gleich — &2V0. Weiter wird vorausgesetzt, daß die monostabile Kippschaltung bei allen Übergängen der Signale mit der Frequenz /0 oder /i an ihrem Eingang betätigt wird, so daß die Frequenz des Impulssignals am Ausgang 2 /Ooder 2 f\ ist

Das Filter 3 liefert ein Signal, das den Mittelwert des Signals des Diagramms Ab hat. Dieses Signal hat den bereits im Diagramm 2a dargestellten Verlauf und weist einen niedrigen Pegel auf, wenn die Frequenz am Eingang des Demodulators f₀ ist, und einen hohen Pegel, wenn diese Frequenz /1 ist. In der Spannungsvergleichsschaltung 4 ist das Signal im Diagramm 2a mit der Schwellenspannung Vs verglichen worden, die im

Demodulator nach der Erfindung auf Null festgelegt bleibt.

Man kann von den Diagrammen nach F i g. 4 mit Hilfe einer einfachen Berechnung herleiten, daß die niedrigen und hohen Pegel des vom Filter 3 gelieferten Signals gegenüber der Spannung Vs = 0 die Werte C₀ bzw. Q haben, so daß:

Q = -C₁ = -

+ V₀ ■ τ · 2/₀ (Jc₁ + Ii₂)

(1)

Beim Fehlen von durch die Übertragungskanäle verursachten Verzerrungen gibt es keine einseitige Verzerrung in dem von der Vergleichsanordnung 4 gelieferten Signal, wenn sich die Schwellenspannung Vs = 0 in der Mitte zwischen den Pegeln Co und C₁ befindet Mit anderen Worten, diese Pegel G, und Q müssen dem nachfolgenden Ausdruck entsprechen:

C₀+C₁

= 0.

(2)

fei · τ · Ü0

-Jc₂ =

(/q

(4)

2/,

wobei /i die höchste Frequenz ist, wodurch

T <

werden die nachfolgenden Werte von τ aus dem Ausdruck (1) abgeleitet:

i₅

Durch Verwendung der Formeln (1) ist es leicht ersichtlich, daß der Ausdruck (2) der untenstehenden Gleichung entspricht:

Wenn die Frequenzen /0 und f\ am Eingang des Demodulators bestimmt sind, kann man dem Ausdruck (3) durch Einstellung der Parameter k\, k₂ oder τ gerecht werden. Es ist ersichtlich, daß die erhaltene Einstellung von der Spannung V₀ unabhängig ist

Die leichteste Art und Weise, dies durchzuführen, ist, die Dauer τ der Impulse der monostabilen Kippschaltung und die Verstärkung eines Verstärkers konstant zu halten und die Verstärkung des anderen Verstärkers einzustellen. Dies ist im Demodulator nach Fig.3 dargestellt wobei der Verstärker 8 beispielsweise ein Verstärkerfolger mit Verstärkung Jt₁ = 1 ist und der Verstärker 9 ein invertierender Verstärker mit einstellbarer Verstärkung -Jt₂- In diesem Fall wird der Wert der Verstärkung — Jt₂ aus dem Ausdruck (3) erhalten:

₃₀

35

40

45

Es ist ersichtlich, daß m der Formel (4) die Verstärkung -fe immer negativ ist Die Dauer τ der Impulse der monostabilen Kippschaltung ist ja so, daß

Wenn Verzerrungen im Übertragungskanal auftreten, wird das Signal am Ausgang des Filters 3 verzerrt, und wenn man die vorhergehende Einstellung beibehält, wozu die Schwellenspannung Vs = 0 in der Mitte zwischen den niedrigen und hohen Pegeln Co und C\ liegt, weist das Datensignal am Ausgang der Vergleichsschaltung 4 eine einseitige Verzerrung auf. Damit diese Verzerrung behoben wird, muß die Schweüenspannung V₅ = 0 sich auf einem Wert befinden, der vom Wert C 4- C

—^—-abweicht, welcher Wert wie folgt geschrieben

werden kann

Cn+ Λ C,

^wobei <x ein Parameter ist, der im

allgemeinen wenig von 1 abweicht Damit die einseitige Verzerrung behoben wird, muß also in diesem Fall gelten:

und folglich - Jt₂ <0ist

Eine andere mögliche Art und Weise, dem Ausdruck (3) gerecht zu werden, ist, die Verstärkungen Jti und - Jt₂ der Verstärker 8 und 9 konstant zu halten und die Dauer τ der Impulse der monostabilen Kippschaltung 2 einzustellen. Wenn beispielsweise Jb — ki — 1 ist, C₀ +^

= 0.

Dadurch, daß die Werte von C₀ und G der Formel (1) verwendet werden, ist leicht ersichtlich, daß die Gleichung (6) der nachfolgenden Gleichung genau entspricht:

fci τ (Zo + */i) + ^k2 [* (Zo + */i) - ^] = O. (7)

Die einseitige Verzerrung wird behoben wenn die Gleichung (7) erfüllt ist, und auf dieselbe Art und Weise wie obenstehend kann dies erhalten werden, e.aweder dadurch, daß die Verstärkung eines der Verstärker 8,9 oder die Dauer der Impulse der monostabilen Kippschaltung 2 eingestellt wird.

Die auf diese Weise erhaltene Einstellung ist besonders stabil. Sie ist unabhängig von der Schwellenspannung Vs, die auf Null liegen bleibt, unabhängig von den logischen Ausgangspegeln der monostabilen Kippschaltung, die im Ausgangssignal des Filters 3 keine Rolle mehr spielen. Wenn die einseitige Verzerrung behoben worden ist ist die Einstellung von der Speisespannung V₀ unabhängig. Die Stabilität der Einstellung hängt nur von der Dauer τ der Impulse der monostabilen Kippschaltung ab sowie von der Verstärkung der Verstärker. Es lassen sich numerische monostabile Kippschaltungen verwirklichen, deren Impulsdauer die Stabilität einer Taktfrequenz hat Es lassen sich auch Schaltungsanordnungen verwirklichen, die Operationsverstärker verwenden, mit denen sehr stabile Verstärkungen erhalten werden, die ausschließlich von einem Widerstandsverhältnis abhängig sind.

Die zwei Verstärker 8 und 9 können selbstverständlich kombiniert und mittels bekannter Schaltunger ausgebildet werden, die nur einen Verstärker mil schaltbarer Verstärkung enthalten. In Fig.5 ist eine derartige Schaltungsanordnung als Beispiel dargestellt In dieser Figur erhält der Verstärker 10 an seine! negativen und positiven Eingangsklemmen 11 bzw. 12 die Spannung V₀ über die Widerstände 13, 14, di< denselben Wert R haben. Der Ausgang der monostabi len Kippschaltung 2 ist mit der Basis des Transistors Ii verbunden, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischei

der positiven Eingangsklemme 12 des Verstärkers und Masse liegt. Ein Widerstand 16 mit dem Wert R\ liegt zwischen dem Eingang des Verstärkers 10 und der negativen Eingangsklemme U. Der Ausgang des Verstärkers 10 ist mit dem Filter 3 verbunden.

Der Transistor 15 spielt die Rolle des Schalters, der durch das von der monostabilen Kippschaltung gelieferte Impulssignal betätigt wird. Wenn dieses Impulssignal den Pegel Bo nahe bei Null erreicht hat, hat die Verstärkungsschaltung die Verstärkung k\ - \, und wenn das Impulssignal den positiven Pegel Bi hat, hat

der Verstärker die Verstärkung —^- die durch de

Widerstand R\ eingestellt werden kann. Das Signal a Eingang des Filters 3 weist den Verlauf nach de Diagramm Ab auf mit einem konstant hohen Peg entsprechend Vo und mit einem einstellbaren niedrig« Pegel entsprechend

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Frequenzdemodulator für ein System zur Datenübertragung mit Hilfe von Frequenzumta- s stung, wobei dieser Demodulator eine Kaskadenschaltung einer monostabilen Kippschaltung, die bei den Obergängen eines dem zu demodulierenden Signal entsprechenden Rechtecksignals betätigt wird, eines Tiefpaßfilters sowie einer Entscheidungsschaltung enthält, die das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters mit einer Schwellenspannung vergleicht und das Datensignal regeneriert, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung (2) gesteuerter Schalter (7) die eine oder die andere von Z aus derselben Spannung (V₀) abgeleiteten Spannungen (k\ Vo, ki Vi) unterschiedlicher Polarität dem Tlefpaßfilter (3) zuführt, von denen zum Ausgleich der einseitigen Verzerrung mindestens die eine Spannung einstellbar ist, wobei die Schwellenspannung

(V_s) der Entscheidungsschaltung (4) das Nullpotential ist