DE2554971C3

DE2554971C3 - Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Übertragung von zwei Informationen über einen Kanal

Info

Publication number: DE2554971C3
Application number: DE19752554971
Authority: DE
Inventors: Flori 7910 Neu-Ulm Vogler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-12-06
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1981-06-19
Also published as: DE2554971B2; DE2554971A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Übertragen von zwei beliebig veränderbaren Gleichspannungssignalen über einen einzigen Übertragungskanal in Signalübertragungsanlagen, in denen die beiden Gleichspannungssignale in einen einzigen Rechteckwellenzug umgesetzt werden, dessen Flankenabstände ein Maß für die Größe der beiden Gleichspannungssignale, darstellen.

Der Schaltungsaufwand bekannter vergleichbarer Einrichtungen ist beträchtlich. Aus der DE-OS 23 27 970 ist beispielsweise ein Übertragungsverfahren mit einer sender- und empfängerseitigen Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Übertragung zweier Signale unter Einsatz eines Übertragungskanals mittels doppelter Pulsdauermodulation bekannt, bei dem die zwei Signale zwei zunächst voneinander unabhängige, aber in einer Flanke übereinstimmende Impulsfolgen mit gleicher Periodendauer in der Impulslänge modulieren, wobei die Impulsfolgen zur Einkanalübertragung dann additiv überlagert werden. Die getrennte Erzeugung zweier in einer Flanke übereinstimmender Impulsfolgen und ihre spätere (additive) Überlagerung erfordern einen nachteilig hohen Schaltungsaufwand.

Aus der DE-OS 15 12 305 ist eine Einrichtung zur Modulation des Tastverhältnisses (d. h. des Verhältnisses aus Impulsdauer und der Summe aus Impuls- und Impulspausendauer) einer Rechteckwelle ohne Beeinflussung der Impulsfolgefrequenz bekannt. Das heißt, die zu übertragende Information ist im Tastverhältnis des Multivibrators enthalten. Aufgrund der konstanten Impulsfolgefrequenz ist die Summe aus Impuls- und Impulspausendauer konstant. Impulsdeucr und Impulspausendauer sind somit voneinander abhängig, d. h. es ist bei dieser bekannten Einrichtung völlig unmöglich, eine erste Information mittels der Impulsdauer und eine davon unabhängige zweite Information mittels der Impulspausendauer zu übertragen.

Aus der DE-OS 24 27 471 ist eine Schaltungsanordnung bekannt zur Erzeugung eines Impulses mit einer zum Quotienten von zwei Signalwerten proportionalen Dauer.

Aus der DE-OS 23 0/ 662 ist weiter eine Schaltungsanordnung bekannt zur Übertragung von zwei Informationen in einem Rechteckwellenzug. Dabei steht je eine Information in der ansteigenden bzw. abfallenden Flanke des Rechteckwellenzuges. Zur Rekonstruktion der sendeseitigen Informationen muß zusätzlich noch ein Synchronisationssignal übermittelt werden. Diese bekannte Anordnung erfordert einen hohen Schaltungsaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei möglichst geringem Aufwand für beide Eingahgüsignale eine Übertragung mit linearer Abhängigkeit zwischen Eingangs- und zugehörigem Ausgangssignal ermöglicht.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Der Unteranspruch beinhaltet eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in der beträchtlichen Aiifwanclsverringerung durch Verwen-

dung eines einzigen spannungsgesteuerten Multivibrators zur Pulsdauermodulation von zwei Informationen auf der Senderseite sowie in der Möglichkeit der Verwendung eines einfachen Empfängers mit eingeschränkter Bandbreite auf der Empfängerseite, wo z. B. jeder gewöhnliche Rundfunkempfänger einsetzbar ist.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltungsform des Senderteils mit einem spannungsgesteuerten astabilen Multivibrator 3 mit einem ersten Eingang 1 mit einem ersten RC-Glied R\C\ für eine erste und mit einem zweiten Eingang 2 mit einem zweiten ÄC-Glied R₂Ri für eine zweite Information in Form von Gleichspannungen.

Der Multivibrator 3 wird nun mit einem seiner Ausgänge entweder mittels Verbindungsleitungen direkt an den Empfängerteil oder — bei Anwendungen für Telemetriezwecke — an einen HF-Teil, bestehend aus einem AM-, FM-, PM- oder PCM-Modulator 4 mit HF-Trägerfrequenz-Oszillator 5 und mit nachgeschaitetem HF-Verstärker 6 mit Sendeantenne 7, angeschlossen.

F i g. 2 zeigt eine Ausgestaltungsform des Empfängerteils mit einer Empfangsantenne T und einem Empfänger 8 zum Zwecke der AM-, FM-, oder PCM-Demodulation, wobei als Empfänger 8 gegebenenfalls ein gewöhnlicher Rundfunkempfänger verwendbar ist. (Bei direkter Verbindung zwischen Senderund Empfängerteil mittels Verbindungsleitungen entfallen Empfangsantenne T und Empfänger 8). Der N F-Ausgang des Empfängers 8 ist an einen Begrenzer 9 zur Regenerierung von Rechteckimpulsen angeschlossen.

Wie in F i g. 3 dargestellt, besteht das dem Ausgangssignal des Multivibrators 3 entsprechende Signal am Ausgang des Begrenzers 9 aus einer Folge komplementärer Impulse, indem hier jeweils ein Impuls mit beispielsweise durch die Gleichspannung am Eingang 1 des Multivibrators bestimmter Länge r_T mit einer Impulspause abwechselt, deren Länge τ2 beispielsweise durch die Gleichspannung am Eingang 2 des Multivibrators 3 bestimmt ist

Zur Demodulation der Impulse mit der Länge τι wird das Ausgangssignal des Begrenzers 9 nun auf einen ersten Demodu!ationszwcig mit einem ntvhtinvertierenden Verstärker 10 gegeben, der ausgangsseitig zum einen an einen ersten Integrator 11, dessen Ausgang mittels einer ersten Schalteinrichtung 14 an Masse anschließbar ist, mit nachgeschalteter erster Abtast- und Halteschaltung 13 und dieser nachgeschalteten ersten weiteren Verstärker 15 und zum andern an ein erstes Verzögerungsglied 12 zur Ansteuerung der ersten Abtast- und Halteschaltung 13 und der ersten Schalteinrichtung 14 angeschlossen ist. An einem Ausgang 16 des ersten Demodulationszweiges ist dann eine der beispielsweise am Eingang 1 des Multivibrators 3 anliegenden Gleichspannung proportionale Gleichspannung abgreifbar.

Die Demodulation der Impulspausen mit der Länge T₂ erfolgt in einem dazu parallelgeschalteten zweiten Demodulationszweig mit einem Inverter 10^r. der ausgangsseitig zum einen an einen zweiten Integrator 1 1', dessen Ausgang mittels einer zweiten Schalteinrichtung 14' an Masse anschlieBbar ist, mit nachgeschalteter zweiter Abtast· und Halteschaltung 13' und dieser nachgeschalteten zweiten weiteren Verstärker 15' und /um anderen an ein zweites Verzögerungsglied 12' zur Ansteuerung der zweiten Abtast- und Halteschaltung 13' und der zweiten Schalteinrichtung 14' angeschlossen ist, dergestalt, daß dann an einem Ausgang 16' des zweiten Demodulationszweiges beispielsweise eine der am Eingang 2 des Multivibrators 3 anliegenden Gleichspannung proportionale Gleichspannung anfällt.

Die Verzögerungsglieder 12 bzw. 12' bestehen

beispielsweise aus je einem monostabilen Multivibrator, der im Falle des ersten Demodulationszweiges jeweils

ίο direkt im Anschluß an das Ende eines Impulses (abfallende Flanke) und im Falle des zweiten Demodulationszweiges jeweils im Anschluß an das Ende einer Impulspause einen kurzen Impuls abgibt, der zum einen die zugehörige Abtast- und Halteschaltung 13 bzw. 13'

zur Übernahme des dann am Kondensator C\ bzw. C₂ des ersten bzw. zweiten Integrators 11 bzw. 11' abfallenden Spannungswertes durchsteuert und der zum anderen verhindert, daß der Kondensator Ci bzw. C; bereits vor Beendigung oder während der Abtastphase über die erste bzw. zweite Schalteinrichti:^ 14 bzw. 14' entladen wird. Der kurze Impuls der Verzogerungsglieder 12 bzw. 12' ;orgt also dafür, daß der bis zum Ende eines Impulses oder einer Impulspause in dem Integrator 11 bzw. 11' aufintegrierte Spannungswert für die Dauer der Abtastung festgehalten wird und daß die Abtastung (erst) kurzzeitig nach dem Ende des Impulses bzw. der Impulspause vonstatten geht, wenn die Integration bereits beendet ist Anschließend, d. h. nach dem Abfall des Impulses des Verzögerunfsgliedes 12 bzw. 12', wird der Ausgang des ersten bzw. zweiten Integrators 11 bzw. 11' über die erste bzw. zweite Schalteinrichtung 14 bzw. 14' mit Masse verbunden und sein Kondensator Ci bzw. Ci schnell entladen.

Mit anderen Worten besteht die Erfindung also in

J5 folgender Erkenntnis: Wird bei einem Telemetriesystem ein Multivibrator als Unterträgeroszillator verwendet, so läßt sich eine Zweikanal-Übertragung in einfacher Weise dadurch realisieren, daß die beiden informationen zur Spannungsansteuerung jeweils einer Multivi-

•40 bratorhälfte benutzt werden. Man erhält dann ein Ausgan?ssignal, bei dem die beiden Informationen in der jeweiligen Einschalt- bzw. Ausschaltdauer des Multivibrators enthalten ist.

Ein linearer Rückgewinn der ursprünglichen Informa-

4> tionen wird bei Verwendung eines spannungsgesteuerten ÄC-MuItivibrators erzielt. Bei einem stromgesteuerten Multivibrator würde man dagegen eine reziproke

Abhängigkeit, d.h. eine Abhängigkeil mit γ, erhalten.

Eine solche Schaltungsanordnung läßt sich völlig äquivalent aufbauen.

Wie in F i g. 4 A dargestellt, ergibt sich bei der Modulation:

U_E(t) =

-, I mit r, = Rj ■ Ci
und /= 1,2,

wobei U\ die Betriebsspannung, U^eme Information am Eingang 1 oder 2 und r, die Zeitkonstanten der ffC-Gliedef /?, C, bzw. R₂C₂ des Multivibrators sind.

Für die zugehörige Schaltzcit I: des Multivibrators gilt dann

Ί =

In

1 -

Um nun aus den Signalen die ursprüngliche Information wieder zu gewinnen, wird cmpfangsseitig während der den beiden F.ingangsinformationen entsprechenden Schaltzeiten /ι und /2 des Multivibrators jeweils ein Kondensator über einen Widerstand aufgeladen und nach der Zeit (1 bzw. (₂ jeweils die am Kondensator anstehende Spannung gemessen (Demodulation).

Zweckmäßigerweise wählt man das Produkt R- Cm der jeweiligen Multivibratorhälfte und in dem zugehörigen Demodulationszweig gleich groß, so daß man einen linearen Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsinformation erhalt.

Wie in Fig. 4 B dargestellt, ergibt sich dann bei der Demodulation:

',In

C,

wobei U.\ (l) die Ausgangsinformation. (A eine empfangsseilige Betriebsspannung und ti eine Integrationszeit ist. die Ll\ (ti) entspricht.

Setzl man die Schaltzeit t\ des Multivibrators (Impulsdauer) gleich der Integrationszeit I₁. so gilt:

«'der
I^-,

In

C₁

C,
C,

In

d. h. die Ausgangsinformation U.\ ist proportional zur Eingangsinformation Ui und hängt somit linear von ihr ab.

Zur Messung der Kondensatorspannung am KC ■ Glied im Demodulator eignet sich eine Abtast- und Halteschaltung. Die obere bzw. untere Grenzfrcquen/ und die Genauigkeit der Abtastung sind eine Frage des Aufwandes und hängen vom Anwendungsfall ab (wobei natürlich das Abtasttheorem zu berücksichtigen ist).

Das mittels eines Empfängers gewonnene Signal muH. bevor es der Auswerteschaltung (Demodulation) zugeführt wird, in ein exaktes Rechlecksignal umgewandelt werden, was einfach mit Hilfe einer Begrenzungsschaltung durchgeführt wird.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei Telemetriesystemen zur Übertragung von Daten (Meßwerten) von beweglichen Objekten, Menschen, Lebewesen — auch bei erschwerten Bedingungen — d. h. lsbesondere für Zwecke der Biotelemctnc und Elckiromedizin.

Hierzu 3 Hlati

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Übertragen von zwei beliebig veränderbaren Gleichspannungssigna- ". len über einen einzigen Übertragungskanal in Signalübertragungsanlagen, in denen die beiden Gleichspannungssignale in einen einzigen Rechteckwellenzug umgesetzt werden, dessen Flankenabstände ein Maß für die Größe der beiden in Gleichspannungssignale darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig das eine Gleichspannungssignal über seinen einen Eingang (1) dem die Impulsdauer (Ti) bestimmenden Zeitglied (R 1, Cl) und das andere Gleichspannungssignal über π seinen anderen Eingang (2) dem die Pausendauer (T2) bestimmenden Zeitglied (RZ C2) eines spannungsgesteuerten astabilcn Multivibrators (3) als Umladepotential zugeführt ist, dessen Ausgang mit dem Überuagungskanal (7) verbunden ist und eine Folge einander komp'cmeniärer impulse abgibt, deren Impulsdauer (TX) der Größe des einen Gleichspannungssignals und deren Pausendauer (7"2) der Größe des anderen Gleichspannungssignals proportional ist, und daß empfangsseitig der r> Übertragungskanal (7') einerseits direkt (über 10) mit einem Integrator (11) mit nachgeschalteter Abtast- und Halteschaltung (13) und andererseits über einen Inverter (über 10') mit einem weiteren Integrator (11') mit nachgeschalteter Abtast- und m Halteschaltung M3') verbunden ist, von denen der eine Integrator (11) eine Zeitkonstante (Al χ Cl) aufweist, die gleich der Zeitkonsianten (Ri χ Cl) des die Impulsdauer (Tl) bestimmenden Zeitglieds (Al₁ Cl) ist, und ein der Impulsdauer (Tl) )'. proportionales Gleichspannungssignal an seinem Ausgang (16) abgibt und der andere Integrator (11') eine Zeitkonstante (R2 χ CI) aufweist, die gleich der Zeitkonstanten (R 2 χ C2) des die Pausendauer (T2) bestimmenden Zeitglieds (R 2, C2) ist, und ein ■*< > der Pausendauer (T2) proportionales Gleichspannungssignal an seinem Ausgang (16') abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig der Übertragungskanal mit einem Begrenzer (9) zur Regenerie- ·»"> rung von Rechteckpulsen verbunden ist und daß der Begrenzer (9) ausgangsseitig sowohl mit dem ersten Demodulationszweig verbunden ist, der aus einem nichtinvertierenden Verstärker (10), an dessen Ausgang zum einen der ausgangsseitig über eine ">" erste Schalteinrichtung (14) an Masse anschließbare eine Integrator (11) mit nachgeschalteter Abtast- und Halteschaltung (13) und dieser nachgeschaltetem und mit dem ersten Ausgang (16) verbundenem erstem weiterem Verstärker (15) und zum anderen *>"> ein erstes Verzögerungsglied (12) zur Ansteuerung der Abtast- und Halteschaltung (13) und der ersten Schalteinrichtung (14) angeschlossen ist, besteht, wie auch mit dem zweiten Demodulationszweig verbunden ist, der aus dem Inverter (10'), an dessen <>o Ausgang zum einen der ausgangsseitig über eine zweite Schalteinrichtung (14') an Masse anschließbare weitere Integrator (W) mit nachgeschalteter Abtast- und Halteschaltung (13') und dieser nachgeschaltetem und mit dem /.weiten Ausgang (16') ^h'· verbundenem zweitem weiterem Verstärker (15') und zum anderen ein zweites Verzögerungsglied (12') zur Ansteuerung der Abtast- und Halteschaltung (13') und der zweiten Schalteinrichtung (14') angeschlossen ist, besteht.