DE2624173A1

DE2624173A1 - Signal-erkennungsschaltung

Info

Publication number: DE2624173A1
Application number: DE19762624173
Authority: DE
Inventors: Randell Leland James; James Thomas Padden
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-05-29
Publication date: 1977-01-20
Also published as: GB1501562A; IT1063882B; FR2315801A1; US4009353A; FR2315801B1; JPS522312A; JPS5444610B2

Description

Aktenzeichen der Anmelderin; AT 974 002

Signal-Erkennungsschaltung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erkennen von Signalen, insbesondere von Tonfrequenzsignalen,

Beim Empfang von elektrischen Signalen ergibt sich oft die Notwendigkeit, aus dem Amplitudenverlauf eines empfangenen Signales heraus zu erkennen, ob in dem empfangenen Signal ein Signal bekannten Amplitudenverlaufes, d.h, bekannter Frequenz, enthalten ist. Ein Beispiel hierfür sind die Mehrfrequenzcodeempfänger in der Fernsprechtechnik, die erkennen sollen, ob im empfangenen Signal zwei bestimmte Frequenzen enthalten sind. Ein solcher zweimaleins-aus-vier Code wird bekanntlich bei der Tastwahl in der Fernsprechtechnik verwendet.

Bekannte Empfänger zum Erkennen von bestimmten Frequenzen sind mit Hilfe der Analog-Technik aufgebaut. Sie enthalten zum Erkennen der einzelnen Frequenzen Filter in genügender Anzahl, wobei die Ausgänge aller Filter kombiniert werden. Die Verwendung von Filtern und insbesondere von Induktivitäten verursacht jedoch einen relativ großen Platzbedarf und hohe Materialkosten, Um außerdem eine ausreichend hohe Genauigkeit dauernd zu gewährleisten, ist eine Nachstimmung der Filter von Zeit zu Zeit notwendig, was bei Bandfiltern oder Bandsperren sehr zeitaufwendig ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signal-Erkennungs- schaltung anzugeben, die durch Anwendung einer digitalen Technik die Nachteile der Analogtechnik vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Verwendung von teuren In duktivitäten mit hohem Platzbedarf vermieden werden kann. Durch die Verwendung von digitalen Mitteln wird eine hohe und stabile Genauigkeit erzielt. Ferner wird erfindungsgemäß eine Vereinfachung dadurch erzielt, daß keine Erkennung von einzelnen Frequenzen durchgeführt wird, sondern ein resultierendes Mehrfrequenzsignal _f z«B, Zweifrequenzsignal, erkannt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform

einer Signal-Erkennungsschaltung,

Fig. 2 den Amplitudenverlauf eines zu analysierenden

Analogsignales (2A) ; die digitale Codierung dieses Analogsignales (2B) und den Taktpulszug der zur Steuerung des in Fig. 1 gezeigten Schieberegisters, das im Vergleicher enthalten ist, verwendet wird (2C),

Fig. 3 einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung

in ausführlicherer Form,

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Fig, 4 eine andere Ausführungsform des Vergleichers der

Signal-Erkennungsschaltung und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signal-Erkennungsschaltung mit dem in Fig. 4 gezeigten Vergleicher.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Signal-Erkennungsschaltung. Mit der Einrichtung sollen elektrische Signale festgestellt und identifiziert werden, die bestimmte Eigenschaften haben, wobei diese Signale mit den bekannten Eigenschaften in einer Gruppe von Signalen mit unbekannten Eigenschaften enthalten sind. Das von der Signalquelle 15 empfangene Signal kann im allgemeinen ein beliebiges Kommunikationssignal darstellen. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung besteht dann, wenn es sich bei der Signalquelle 15 um einen Fernsprech-Tastwahlapparat oder ein ähnliches Gerät handelt, das Mehrfrequenzcodesignale aussendet. Die Signal-Erkennungsschaltung hat hierbei die Aufgabe zu erkennen, ob im empfangenen Signal zwei bestimmte Tonfrequenzen enthalten sind.

Den Amplitudenverlauf eines Analogsignales 16, das sich aus zwei Frequenzen zusammensetzt und nach dem verwendeten Code eine der Ziffern 0-9 darstellt, zeigt Fig. 2A. Jede der vom Tastwahl ausgesendeten Ziffern ist also durch eine bestimmte charakteristische Kurvenform dargestellt. Mit der Signal-Erkennungsschaltung wird j

die Anwesenheit solcher Töne festgestellt, '

In Fig. 1 ist eine Signal-Erkennungsschaltung 1 gezeigt, die einen Analog-Digitalumsetzer 20 enthält, der aus dem empfangenen Analogsignal eine digitale Darstellung erzeugt. Der Ausgang des A/D-Umsetzers ist mit dem Eingang eines Vergleichers 21 verbunden, der jedesmal dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das an seinen Eingang angelegte Digitalsignal einem vorbestimmten Signal entspricht,

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das für ein Mehrfrequenzcodesignal charakteristisch ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 21 wird von einem Abtaster 22 abgetastet, der während eines vorbestimmten Zeitintervalls das Erscheinen einer vorbestimmten Mindestanzahl von Ausgangsimpulsen vom Vergleicher 21 innerhalb dieser Zeitperiode feststellt. Die wiederholte Feststellung ergibt eine höhere Sicherheit des festgestellten positiven Vergleichs. Ein Tonanzeiger 23 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn vom Abtaster die vorbestimmte Mindestanzahl von Impulsen gezählt wurde und gibt damit die Anwesenheit der zu erkennenden Tastwahlziffer an. Das Ausgangssignal vom Tonanzeiger 23 steuert eine Einrichtung 24, die z,B, eine Vermittlungseinrichtung sein kann, welche die ausgesendeten Mehrfrequenzcodewahlziffern verwendet,

Das von der Signalquelle 15 empfangene Signal wird nicht nur der Schaltung 1 sondern auch ähnlichen Schaltungen 2_t 3, ,,,N zugeführt, die im wesentlichen gleich aufgebaut sind wie die Schaltung 1, jedoch jeweils einen anderen Vergleicher 21 enthalten, der auf die jeweils zu erkennende Tonfrequenzkombination eingestellt ist. Im Falle einer Verwendung der erfindungsgemäßen Signal-Erkennungsschaltung zum Empfang von Zweifrequenzcodesignalen in einer Fernsprechanlage müßten also 10 Erkennungsschaltungen, wie z,B, 1, parallel vorgesehen werden.

Die nachfolgende Beschreibung der Signal-Erkennungsschaltung 1 gilt im wesentlichen also auch für die übrigen Schaltungen 2 bis N. In Fig. 3 ist gezeigt, wie das empfangene Signal an den Eingang A des A/D-Umsetzers 20 angelegt wird. Am Ausgang B des Umsetzers 20 wird ein digitales Signal erhalten, das eindeutig das empfangene Analogsignal angibt. Unter allen bekannten A/D-Umsetzern sind im vorliegenden Falle die Umsetzer am besten geeignet, die die Nulldurchgänge des empfangenen Signales erfassen. Hierzu kann z.B. ein Operationsverstärker verwendet werden, der ein Rechtecksignal abgibt, dessen Amplitude hoch (H) ist (+1)_f wenn das Analogsignal positiv anwächst, und niedrig (L) ist (0), wenn das Analogsignal

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negativ abfällt. Z.B. ergibt sich für das in Fig. 2A gezeigte Analogsignal 16 am Ausgang B des Umsetzers 20 ein Signal 30, dessen Verlauf in Fig. 2B dargestellt ist und die positiven und negativen Amplitudenwerte erfaßt.

Wenn von der Schaltung 1 ein Tonsignal der Form 16 erkannt werden soll, wird der Vergleicher 21 intern so eingestellt, daß er einen Erkennungsimpuls an seinem Ausgang C liefert _f wenn das Muster der Digitalsignale vom Umsetzer 2O mit äem Digitalsignal 3O von Fig. 2B übereinstimmt. Die Vergleicher 21 in den anderen Erkennungsschaltungen 2 bis Έ wurden dann intern entsprechend anders eingestellt werden und Digitalsignale erkennen_r die aus anderen Frequenzen zusammengesetzt sind und daher einen anderen Verlauf der Hulldurchgänge haben.

Aus Fig. 2B ist ersichtlich_r daß der Teil des digitalen Signales 3O, der einen kompletten Zyklus des Tonsignales 16 darstellt, in gleiche Zeitintervalle 1/FS unterteilt werden kann, die_f wie nachfolgend beschrieben wird,,, die Abtastrate dieses digitalen Signales darstellen. Diese Zeitsegraente können mit "1™ oder ⁿO^a angegeben werden _r entsprechend dem hohen oder niedrigen Wert ant Ausgang B des Umsetzers 20 zu dem betreffenden Zeitpunkt. Zusätzlich kann ein Wert "X" eingeführt werden _F der bestimmten verzerrten Segmenten des empfangenen Signales zugeteilt wird. Beginnend mit dem Zeitpunkt t = O (Beginn eines Zyklus des Signales TS) kann das digitale Signal 3O definiert werden durch folgende "Maske": X1111XOO1X.

Der Vergleicher 21 enthält digitale Schaltungen, welche diese Maske angeben _g d.h. simulieren.

In einer bevorzugten Äusführungsfornt enthält der in Fig, 3 gezeigte Vergleicher ein Schieberegister 7O mit einer Vielzahl von verbundenen JK Flipflops 5O bis 59, die von dein in Fig. 2C gezeigten Taktimpulszug mit der Taktgeschwindigkeit FS getaktet werden. Die Ausgänge der Flipflops (Q oder Ql werden mit den

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Eingingen eines ÖHD-Gliedes SO verbunden, das somit; ein "Erkennungssignal¹* an seinem Ausgang C abgibt, wenn das im Schieberegister gespeicherte Digitalsignal gleich ist dem Digitalmuster, . d.h. der Maske des Signales 30.

Jeder der Stufen des Schieberegisters 7O wird ein Wert zugeteilt (OJF 1 ader Xj „ der dem Signal entspricht, das an seinem Ausgang Q erzeugt würde _t wenn das im Register gespeicherte Digitalsignal der oben angegebenen Maske Xi 1 1 1 X O O 1 X des Signales 3O entsprechen würde. Da das Digitalsignal 3O seriell in das Schieberegister 7O eingelesen wird, wobei es mit jedem Taktimpuls eine Stufe verschoben wird, ergibt sich ein Zustand des Schieberegisters von links nach rechts, angegeben von XiOOXI 111X, der somit umgekehrt zu der Maske des Signales 3O verläuft.

Zur Erkennung einer digitalen Maske werden die Stufen des Schieberegisters entweder mit ihrem Ausgang Q oder mit dem Komplementärausgang Q mit einem Eingang des DND-Gliedes 6O verbunden. Die Stufen _r, die den neutralen Zustand X (don*t care) erkennen sollen _f werden mit keinem Eingang des ÖND-Gliedes verbunden.

Die Anzahl der Stufen des Schieberegisters und die Abtastgeschwindigkeit FS werden so gewählt, daß zumindest ein vollständiger Zyklus des Signales 16 im Schieberegister gespeichert werden kann. Für den Fall, daß von der Signalquelle 15 Zweifrequenzcodezeichen ausgesandt werden, sind diese beiden Frequenzen zueinander nicht harmonisch, d.h. sie haben keinen gemeinsamen Teiler, Die Periode des empfangenen Signales wäre dann eine Sekunde. Wenn eine dieser langen Zeitperiode entsprechende Anzahl Stufen nicht vorgesehen werden soll, kann auch eine Maske für ein simuliertes Zweifrequenzsignal mit einer kürzeren Periode vorgesehen werden, wobei dieses simulierte Signal Jedoch eindeutig kennzeichnend für das tatsächliche Tonsignal ist. Beispielsweise kann für die tatsächlichen Werte der beiden Frequenzen von 77O Hz und 1209 Hz eine Maske angegeben werden für ein simuliertes Signal mit den beiden Fre-

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guenzen 770 Hz und 1210 Hz. Der Amplitudenverlauf für dieses simulierte Signal würde sich 110 mal pro Sekunde, d.h. mit einer Periode von 9,09 ms wiederholen. Das Schieberegister und die Abtastgeschwindigkeit würden dann entsprechend dieser verkürzten Periode ausgelegt werden.

Das UND-Glied 60 gibt also jedesmal einen Impuls ab, wenn das empfangene Digitalsignal gleich ist dem im Schieberegister als Maske gespeicherten Signal. Dieser Erkennungsimpuls wird von der Abtastschaltung 22 erkannt. Die Abtastschaltung 22 überprüft also, ob das Tonsignal 16 tatsächlich vorhanden ist und ob der Erkennungsimpuls vom Vergleicher 21 nicht auf Störsignale zurückzuführen ist. Eine Störunterdrückung kann dabei dadurch erzielt werden, daß das Signal 16 während einer größeren Anzahl von Brücken anwesend ist und daß deshalb vom Vergleicher 21 aufeinanderfolgend mehrere Erkennungsimpulse erzeugt würden.

Zur Durchführung dieser Störunterdrückung ist der Ausgang des UND-Gliedes 60 nicht nur mit dem Einstelleingang S einer Kippschaltung 66, sondern auch mit dem Eingang eines Zählers 65 verbunden, dessen Ausgang mit dem Rückstelleingang R der Kippschaltung 66 verbunden ist. Das erste Erkennungssignal vom Vergleicher 21 setzt nicht nur die Kippschaltung 66, welche danach ein Signal an ihrem Ausgang Q erzeugt, sondern stellt auch den Zähler 65 zurück, der somit die aufeinanderfolgenden Erkennungsimpulse zählt. Der Zähler 65 kann von einer Taktquelle 72 gesteuert werden. Wenn während eines vorgegebenen Zeitintervalls eine minimale Anzahl von Erkennungsimpulsen nicht vom Vergleicher 21 an den Zähler 65 geliefert wurden, stellt der Zähler 65 die Kippschaltung 66 zurück, die somit sodann an ihrem Komplementärausgang Q ein Signal erzeugt.

Die beiden Ausgänge der Kippschaltung 66 sind jeweils mit einem Eingang eines UND-Gliedes 67 und 68 verbunden, wobei die beiden

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anderen Eingänge dieser UND-Glieder mit dem Ausgang der Taktquelle 72 verbunden sind. Der Ausgang des UND-Gliedes 67 ist mit dem Zähleingang eines Zählers 69 und der Ausgang des UND-Gliedes 68 mit dem Rückstelleingang dieses Zählers verbunden. Wenn also mehr als das vorgegebene Minimum von Erkennungsimpulsen von der UND-Schaltung 60 während des vorgegebenen Zeitintervalles abgegeben werden, wird durch die vom UND-Glied 67 an den Zähler 69 gelieferten Impulse ein Ausgangssignal am Ausgang der Tore dieses Zählers erzeugt, das angibt und bestätigt, daß das gewünschte Tonsignal empfangen worden war. Das vorgegebene Zeitintervall wird dabei durch die Taktquelle 72 bestimmt.

Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung verwendet für jede der Erkennungsschaltungen 1 bis N einen Vergleicher 21_f der in Fig, 3 gezeigten Art, Die Masken aller dieser Vergleicher, d.h, die Verbindungen, die von den Stufen der betreffenden Schieberegister zu den Eingängen der UND-Glieder 60 geschaltet werden, sind also in jedem Falle verschieden,

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Vergleichers ₍ der in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Dieser Vergleicher 21a weist ein einziges Schieberegister 70 mit einer geeigneten Anzahl von Stufen 50 bis 59 und einer Vielzahl von UND-Gliedern 60a ₍ 60b _f ... 6Oe auf. Die Eingänge dieser UND-Glieder sind auf geeignete Weise mit den Ausgängen der Stufen des Schieberegisters zur Erzeugung von verschiedenen Masken verbunden. Bei Verwendung von fünf UND-Gliedern können also fünf Tonsignale erkannt werden. In dieser Ausführungsform ist also nur die Verwendung eines einzigen Schieberegisters 70 notwendig. Die weitere Verwendung der Ausgangssignale der einzelnen UND-Glieder 60 ist in Fig. 5 gezeigt. Bei N zu erkennenden Signalen brauchen also nur die Abtaster 22 und die Tonanzeiger 23 N-fach vorgesehen werden, während der Umsetzer 20 und der Vergleicher 21 nur einmal vorgesehen werden muß.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. ' Schaltungsanordnung zum Erkennen von Analogsignalen, insbesondere von Tonfrequenzsignalen, gekennzeichnet durch einen Umsetzer (20) zum Umsetzen der empfangenen Analogsignale in Digitalsignale, durch einen Vergleicher (21) zum Vergleich dieser Digitalsignale mit gespeicherten Digitalsignalen, die charakteristisch sind für die zu erkennenden Analogsignale und durch einen Zähler (65) zum Zählen der vom Vergleicher (21) gelieferten Vergleichssignale während eines vorgegebenen Zeitintervalls.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung (22) zum Abtasten der Vergleichssignale, die ein Erkennungssignal nur abgibt, wenn während des vorgegebenen ZeitIntervalls zumindest eine vorgegebene Anzahl von Vergleichssignalen abgegeben wurde.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Zeitintervall gleich ist dem kleinsten gemeinsamen ganzzahligen Vielfachen der einzelnen Tonfrequenzperioden des zu erkennenden Signales,

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (20) die Nulldurchgänge des empfangenen Analogsignals feststellt und für die positiven Amplitudenwerte des empfangenen Signales (16, Fig. 2A) zu bestimmten Abtastzeitpunkten (Pig. 2C) einen ersten binären Wert (1) und für die negativen Werte einen zweiten binären Wert (0) abgibt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (21) ein Schieberegister (70) aufweist,

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dessen einzelne Stufen (50 bis 59) wahre (Q) und komplementäre (Q) Ausgänge aufweisen, die je nach Digitalwert des zu erkennenden Signales mit den Eingängen eines UND-Gliedes (60) verbunden sind, an dessen Ausgang das Vergleichsresultat (C) erhalten wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein indifferenter Digitalwert (X) vorgesehen ist, wobei keiner der Ausgänge der Schieberegisterstufen, die zur Erkennung dieses Wertes vorgesehen sind (z.B. 50), mit einem Eingang des UND-Gliedes (60) verbunden ist,

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 _f dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung einer Vielzahl von Tonfrequenzen für jedes zu erkennende Tonfrequenzsignal eine Erkennungsschaltung (1 bis N, Fig. 1) vorgesehen ist.

8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 7 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für alle zu erkennende Signale ein einziges Schieberegister vorgesehen ist (Fig. 5), wobei eine der Anzahl zu erkennender Signale gleiche Anzahl UND-Glieder (60a bis 6Oe, Fig« 4) vorgesehen ist, deren Eingänge auf eine die betreffenden zu erkennenden Signale charakterisierende Weise mit den Ausgängen der Schieberegisterstufen (50 bis 59) verbunden sind,

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Erkennung von Zweifrequenzcode-Tastwahlzeichen in einer Fernsprechanlage.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (20) die positive oder negative Steilheit des Amplitudenverlaufes des empfangenen Analogsignales feststellt.

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