DE2627326C2

DE2627326C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung von amplitudenmodulierten Impulsen mit der Impulsfolgefrequenz f

Info

Publication number: DE2627326C2
Application number: DE2627326A
Authority: DE
Inventors: Robert Lawrence Boulder Col. Carbrey
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1981-12-03
Also published as: JPS591006B2; FR2316698B1; DE2627326A1; CA1065024A; NL173693C; NL7606568A; GB1496300A; US4039979A; JPS522260A; NL173693B; FR2316698A1

Description

die jeweils einen Kondensator in Serie mit einer Signalquelle umfassen. Das typische Filterverhalten weist dann Übertragungseinschnitte bei jeder Harmonischen der Umschaltfrequenz und bei Gleichstrom auf. Wenn die Umschaltfrequenz gleich der Abtastfrequenz des Systems gemacht wird, könnte eine Verringerung der Oberdeckungsverzerrung erzielt werden. Die offensichtlichste Schwierigkeit bei diesem Filter ist der Einschnitt bei Gleichstrom, was zu einem Verlust an niederfrequenten Komponenten führt, wenn das Signal wieder hergestellt wird. Es ergibt sich auch eine schädliche Auswirkung auf die Rauschempfindlichkeit und die Gruppenlaufzeit Eine weitere Schwierigkeit bei diesem Filter beruht darauf, daß die Übertragungskurve außer bei den Einschnitten flach ist. Wenn daher das Eingangssignal Komponenten knapp oberhalb der Abtastfrequenz enthält, erzeugen diese Überdeckungsverzerrung. Eine dritte Schwierigkeit besteht darin, daß die Flanke der Filtercharakteristik von den tatsächlichen Werten der verwendeten Kondensatoren abhängt und daher mit der Umgebung und dem Alter Schwankungen zeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zug-unde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß bei geringem Aufwand und ohne Verwendung von Filtern die Überdeckungsverzerrung in Abtastsystemen wirksam beseitigt wird.

Ausgehend von einem Verfahren bzw. einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Gruppen von η aufeinander folgenden Abtastwerten zusammengefaßt werden und deren Mittelwert zur Gewinnung der amplitudenmodulierter. Ausgangsimpulse der Frequenz / benutzt wird bzw. durch Einrichtungen in der zweiten Stufe, die Gruppen von je η aufeinanderfolgenden Abtastwerten zusammenfassen und deren Mittelwert zur Gewinnung der arnplitudenmodulierten Ausgangsimpulse der Frequenz f benutzen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspr'.lche.

Es ist auch bereits ein Verfahren bekannt (»Elektronische Rechenanlagen« 3 [1961], Seiten 119 his 122), bei dem Schaltungsanordnungen mit Hilfe von Abtastern und zwischenspeichernden Kondensatoren aus einem kontinuierlichen Eingangssignal eft)ein impulsförmiges Ausgangssignal a (l) erzeugen, dessen Impulse gleiche Folge^frequenz und gleiche Impulsdauer, aber unterschiedliche Impulshöhen aufweisen. Die Impulshöhe eines Ausgangsimpulses zum Zeitpunkt π ■ Ta setzt sich dabei aus dem zeitlich zugehörigen Wert des Eingangssignals sowie aus mehreren, zu vorangegangenen Abtastzeitjiunkten ermittelten Ausgangssignalen zusammen. Für den Spezialfall der Bildung des Ausgangssignals aus dem zeitlich zugehörigen Eingangssignal und dem unmittelbar vorher ermittelten Ausgangssignal ist mit bestimmten Randbedingungen ein Abtaster dargestellt (Fig.8), bei dem die Ausgangsgröße durch Aufsummieren aller vorangegangener Werte der abgetasteten Eingangsfunktion gewonnen wird. Hierzu wird jeweils ein neuer Wert des Eingangssignals im Kondensator C, aufgenommen, und gleichzeitig werden alle vorangegangenen Werte im Kondensator C gespeichert. Über ein Aufsummieren mehrerer Eingangsgrößen innerhalb einer Abtastperiode und Gewinnung eines mittleren Eingangssignals aus dieser Summe ist in dieser Literaturstelle jedoch nichts ausgeführt. Es ist weder darauf hingewiesen, daß der zugehörige Schalter erst nach Aufladung in mehrerer» Abtastperioden umgeschaltet werden soll, noch angegeben, daß die gesamte Ladung nach einer bestimmten Anzahl von Aufladungsvorgängen zu löschen ist Eine Anregung in dieser Richtung ergibt sich auch deswegen nicht, weil dort die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problemstellung nicht angesprochen ist, nämlich daß durch die Bildung eines Mittelwertes aus mehreren Abtastwerten des Eingangssignals die durch das erste ίο Seitenband im Frequenzspektrum ausgelöste Überdekkungsverzerrung verringert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Kurvendiagramm zur Erläuterung der Überdeckungsverzerrung,

F i g. 2 eine gewünschte Frequenzfunktion,

Fig.3 die Schaltung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.4 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Ausführungsform nach F i g. 3,

F i g. 5 die Schaltung einer zweite" Ausführungsform,

Fig.6 ein Impulsdiagramm zu·· Erläuterung der Ausführungsform nach F i g. 5,

F i g. 7 die Schaltung einer weiteren Ausführungsform,

Fig.8 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Ausfünrungsform nach F i g. 7.

Das Frequenzdiagramm nach Fig. 1 dient zur Erläuterung des Problems der Überdeckungsverzcrrung. Die Kurve 10 soll das angenommene Frequenzspektrum eines Informationssignals darstellen. Es sei angenommen, daß die höchste interessierende Frequenz

— nicht übersteigt, obzwar das Informationssignal

Komponenten mit wesentlich höheren Frequenzen enthält. Wenn dieses Informationssignal nun mit der Frequenz f abgetastet wird, wird das ursprüngliche Spektrum 10 des Informationssignals bei jeder Harmonischen der Abtastfrequenz dupliziert In Fip. 1 sind lediglich die Signalanteile bei den ersten beiden Harmonischen gezeigt, nämlich die Kurven 11 und 12. D-τ untere Schwanz des ersten Seitenbandes 11 erstreckt sich vollständig in das ursprüngliche Spektrum 10, d. h. in das Basisband des Spektrums des abgetasteten Signals. Dieser Schwanz vergrößert die Energie im Basisband und stellt eine unerwünschte Verzerrung dar. Die Frequenz a im Basisband 10 führt zu einer Komponente bei f-a im Seitenband 11. Wenn versucht wird, das Basisband danach wieder zu gewinnen, erscheint bei der Frequenz f-a eine höhere Energie. Obwohl Filtern, insbesondere mit einem Tiefpaß, die oberen Seitenbänder im Empfänger unterdrücken könnte, kann die Überdeckungsverzerrung nicht beseitigt v.'erden, sobald die Abtastung stattgefunden hat, da

Ti die Verzerrung in einem erwünschten Frequenzband auftritt. Es ist deshi'b offenbar, daß das Spok'.rum 10 vor der Abtastung mit der Frequenz /in die richtige Form gebracht werden muß, damit die Frequenzkomponenten

oberhalb ^- auf einen annehmbaren Pegel reduziert

fto Z

werden.

Wie nachfolgend beschrieben, wird die richtige Form dadurch geschaffen, daß eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Abtastungen mit einem Vielfachen der

(T, Frequenz / durchgeführt wird. Im einzelnen wird das Informationssignal mit einfcm ganzzahligen Vielfachen π der Frequenz / abgetastet, und wenn η neue Abtastwerte erzeugt worden sind, werden diese

Abtastwerte zu einem zusammengesetzten Abtastwert kombiniert. Die Folge der zusammengesetzten Abtastwerte wird dann anstelle der Abtastfolge benutzt, die normalerweise von einem Abtast- und Halteglied erzeugt wird. Wenn die Abtastung mit der Frequenz η ■ f durchgeführt wird, ist die dadurch verursachte Überdeckungsverzerrung vernachlässigbar, weil das erste obere Seitenband bei der Frequenz η ■ f vorkommt, welche vom Basisband weit entfernt ist. Die Kombination von η im gleichen Abstand zueinander stehenden Abtastwerten ist äquivalent der Addition von π unterschiedlichen Phasen des empfangenen Signals und ergibt eine Frequenzformung des Informationssignals periodisch zur Frequenz η ■ f.

Fin Zyklus der Frequenzcharakteristik ist in F i g. 2 dargestellt. Die Amplitude wurde mit Bezug auf die maximale Amplitude normalisiert, die bei Gleichstrom und bei η ■ f auftritt. Eis zeigt sich, daß eine stärkere Dämpfung zwischen den Kurvenabschnitten 20 und 21 auftritt und daß bei alien Vielfachen der Frequenz /' kleiner als η ■ f absolute Nullstellen vorkommen. Das Kurvenstück 20 bei Gleichstrom stellt eine Tiefpaßfilterung dar. Das Kurvenstück 21 für η ■ f stellt kein Problem dar. weil das Informationssignal keine merkliche Energie bei dieser hohen Frequenz enthalt. Ferner können alle Anteile im Bereich von η ■ /jederzeit leicht durch ein Tiefpaßfilter entfernt werden.

Die Kombination der Abtastwerte kommt vor der Herstellung der .Summenimpulse mit der Frequenz f zustande. Deshalb wird die Formung in d.ts kontinuierliehe Wellensignals vor der effektiven Abtastzeit des Ausgangssignals eingeführt. Es erscheint deshalb so, als ob ein geformtes Signal abgetastet wird. Deshalb wird dieses periodische Formen nicht nur auf das Basisband nach F i g. I angewendet, sondern auch auf die Seitenbänder 11 und 12 und jedes andere Seitenband des Spektrums des abgetasteten Signals. Als Ergebnis wird der untere Schwanz des Seitenbandes ti entsprechend dem Kurvenabschnitt 20 in F i g. 2 gedampft, und die Überdeckungsverzerrung. die in das Seitenband 10 eingeführt wird, wird reduziert.

F ι g. 3 zeigt die Schaltung einer Ausfiihrungsform der

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genommene Abtastwert in einem getrennten Speicherkondensator gespeichert wird und alle Kondensatoren mit der Frequenz /"parallel geschaltet v.erden. im einen Mittelwert zu erzeugen, dessen Amplitude gleich dem Mittelwert von π Abtastwerten ist. Das Irrpulsdiasramm nach F ι g. 4 dient zur Erläuterung der Schaltung nach F i g. 3. In Fig 4 sind die einze-en Impulszüge durch Buchstaben A bis E bezeichnet. Die gleichen Buchstaben. au3ei A. ersehenen in F ι g. 3 neben den in Form eines Kreuzes dargestellte", normalerweise offenen Schaltern (Arbeitskontakten). Dadurch soll zum Ausdruck gebracht werden, daß beim hohen Pegelwert (logisch H)des entsprechend bezeichneten Impulszuges das Schließen des entsprechenden Schalters bewirkt wird.

Die Impulszüge nach F ι g. 4 werden durch eine Vibratoren geeigneter Dauer verwendet, um die weiteren Kurvenzüge zu erzeugen.

In Fig. 3 tragen mehrere Komponenten gleiche Bezeichnungen mit Zusätzen, um die Identifikation zu ermöglichen. Wenn später Bezug auf eine derartige Gruppe von Elementen genommen wird, wird nur die gemeinsame Bezeichnung, beispielsweise die Schalter 32, erwähnt.

Ein abzutastendes Informationssignal wird an die Klemmen 30 und 31 angelegt. Es sei angenommen, daß zunächst alle Schalter 32 geschlossen sind, weil die Steuerimpulse im Zustand H sind. Deshalb wird das Informationssignal über die Schalter 32 an jeden der Kondensatoren 33 angelegt. Wenn die Schalter 32 eine niedrige Impedanz im eingeschalteten Zustand haben, ist die Spannung an den Kondensatoren 33 im wesentlichen gleich der Spannung des Informationssignals. Zur Zeit Null weist der Impulszug B in F i g. 4 einen negativen Übergang 40 auf. Dadurch wird der Schalter 32-i geöffnet und die Ladung des Kondensators 33-1 gefangen. Die im Kondensator 33-1 gespeicherte Spannung ist gleich der Amplitude des Informationssignals im Augenblick des Übergangs 40, d. h. es wurde eine Abtastprobe zur Zeit Null genommen. In ähnlicher Weise werden die Schalter 32-2 bis 32-(Vi-I) in Aufeinanderfolge jeweils geöffnet und speichern Abtastwerte des Informationssignals in

Augenbl'cken entsprechend Vielfachen —, wenn 7"= —.

in 1 \
Schließlich wird im Augenblick 7Ί~~^~~ )der Schalter

32n infolge der impulsform £ geöffnet, die einen negativen Übergang 42 zeigt, und der n-te Probewert wird im Kondensator 33-/7 gespeichert. Gleichzeitig zeigen alle anderen, die Schalter steuernden Signale eine positive Flanke. Daher werden alle Schalter 32-1 bis 32-(n- 1) gleichzeitig geschlossen. Es sind dann alle Kondensatoren 33 parallel geschaltet und vom Informationssignal getrennt. Die in den einzelnen Kondensatoren 33 gespeicherte Ladung wird ausgetauscht und neu verteilt, so daß der Mittelwert aller gespeicherten Probewerte über die parallel geschalteten Kondensato·

rsiHnäl^u

die aus bekannten *■'

Elementen aufgebaut ist. Beispielsweise wird die Impulsform A durch einen bekannten Rechteckosziüator der Frequenz π - /erzeugt. Die Impulsform E wird dadurch erzeugt, daß negative Impulse im impulszug A mit einem Zähler gezahlt werden, der einen max. Zählstand ' hat πτ-.ά \r. Her- diese- max. Zählstand decodier: wird. Die negative-. Übergänge der Impuls- Ό^Γ*~) E werden z.r Tr:2£eru~2 ~ on rnonostabilen Gemäß der Erläuterung unten in F i g. 3 bestehen die Schalter 32 und 35 aus Feldeffekttransistoren, die in der bekannten Weise als Übertragungsgatter betrieben werden. Es kann jedoch jede Art von steuerbarem Schalter zum gleichen Zweck verwendet werden. Die Werte der Kondensatoren 33 sind gleich und sollten groß geniiL" sein, einen wesentlichen Fehler der gespeicherten Spannung infolge Ladungsverlust zu vermeiden. In der vorliegenden Ausführungsform dienen Kondensatoren in der Größenordnung von mehreren Picofarad, die bequemerweise auf dem gleichen Halbleiterplättchen wie die Schalter 32 aufgebracht sind, sehr gut diesem Zweck.

Der Feldeffekttransistor 25 wird in der bekannten Sourcefolger-Schaltung mit einem Widerstand 34 betrieben. Der Drain-Anschluß ist an die Betriebsspannungsquelle geführt. Der Transistor 25 dient lediglich als P-jfferverstärker. um für eine Trennung der Kondensatoren 33 zu sorgen und dadurch deren Ladungsveriust zu verhindern. Dieser Transistor stellt außerdem eine relativ niedrige Impedanz an seinen Source-Anschluß dar.

Der Schalter 35 wird durch das Komplement des Impulszuges £ nämlich £ gesteuert. £wird aus £mitte!s eines nicht gezeigten Inverters gewonnen. Der Schalter

35 wird deshalb beim Auftreten der negativen Flanke des Impulszuges E geschlossen und bei der positiven Flanke geöffnet. Demgemäß wird der Schalter 35 im

Augenblick Tl !geschlossen, wenn die Kondensa-

toren 33 alle parallel geschaltet sind. Daher wird der Kondensator 36 über die niedrige Impedanz am Soiirce-Anschluß des Transistors 25 auf den Mittelwert aller früheren Abtastungen, die in den Kondensatoren 33 gespeichert sind, aufgeladen. Wenn der Impulszug E in eine positive Flanke zeigt, öffnet der Schalter 35 und die Ladung wird in einem Kondensator 36 gelangen. Es ist somit ersichtlich, daß der Schalter 35 und der Kondensator 36 im Sinne einer Abtast- und Halte-Ftinktion zusammenarbeiten, und zwar mit der Frequenz f. ι >

Ein Feldeffekttransistor 37 und ein Widerstand 38 arbeiten als Source-Folger zusammen, der eine hohe Impedanz für den Kondensator 36 darstellt, um dessen Entladung zu verhindern, und eine niedrige Impedanz am Punkt 39 zeigt. Das am Punkt 19 crzeugir ·π Ausgangssignal ist eine Folge von Abtastwerten mit der Frequenz fund wird während der vollen Zykliislänge, d.h. dem Intervall T. gehalten. Die Amplitude jedes dieser Abtastwerte ist gleich dem Mittelwert der vorherigen Abtastwerte, die mit der Frequenz π ■ f ;> genommen werden.

Die Betrachtung der Impulsformen B. C, D und E zeigt, daß diese — beginnend mit dem Impuls 41 — periodisch zu 7~sind. d. h. das Verfahren wiederholt sich T.'t der Frequenz f. m

F i g. 5 zeigt die Schaltung einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Mittelwert von Abtastwerten durch aufeinaderfolgende Speicherung von Ladungsanteilen in einem einzelnen Speicherkondensator erzeugt wird, und zwar von Probewerten, die mit der Frequenz si η ■ f genommen worden sind. Das Impulsdiagramm nach Fig. 6 mit gemeinsamer Zeitachse dient zur Erläuterung der Betriebsweise der Ausführungsform nach Fig. 5. Die Impulszüge nach Fig. 6 sind jeweils durch einen Buchstaben gekennzeichnet. Diese Buchsta- -s» ben geben in der Schaltung nach Fig. 5 an, wo der entsprechende Impulszug auftritt. Die Impulszüge Fund

Steuerung von Schaltern. Die Buchstaben an diesen Schaltern sollen andeuten, daß der Pegel H des -n jeweiligen Impulszuges das Schließen des betreffenden Schalters bewirkt. Die Wellenformen H bis K stellen kontinuierliche Werte dar und können deshalb als Analogwellenformen bezeichnet werden.

Die Steuerimpulszüge Fund G nach Fig. 6 können >« durch bekannte Einrichtungen erzeugt werden, beispielsweise der Impulszug Fdurch einen Rechteckgenerator 553 der Frequenz η ■ f. Der Impulszug F wird an einen η-Zähler oder -Teiler 550 und einen Inverter 555 angelegt, wodurch für jeden η-ten Zyklus des Kurvenzuges F ein Ausgangsimpuls abgegeben wird. Hierzu eignet sich jeder entsprechende Zähler für n. Der Inverter 555 erzeugt das Komplement der Wellenform F. Die Ausgangsimpulse des Zählers 550 und des Inverters 555 werden an ein UND-Glied 560 angelegt bo welches einen Ausgangsimpuls bei jedem /Men Zyklus des Kurvenzuges F erzeugt, wodurch der Impulszug G erhalten wird.

Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß die Betriebsweise der

Einrichtung nach F i g. 5 periodisch mit Bezug auf T= — ^fc5

ist, wobei /die Frequenz darstellt mit der der Mittelwert erzeugt wird. Ein typischer Betriebszyklus der Schaltung nach Fig.5 beginnt zur Zeit NuIL_-Zu dieser Zeit führen die Pegel H der Impulszüge F und G zum Schließen der Schalter 515 und 516. Dadurch wird der Kondensator 510 kurzgeschlossen und entlädt sich, wie der Kurvenzug Iz. B. für den Zeitpunkt Null zeigt.

Ein Eingangssignal H liegt an den Klemmen 500 und 501 an. Wenn der Impulszug F seinen Pegel H unmittelbar nach dem Zeitpunkt Null annimmt, wird der Schalter 505 geschlossen, und das Eingangssignal wird dem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors 525 über den Schalter 505 und dem Kondensator 510 angelegt. Der Transistor 525 und ein Widerstand 526 sind in Sourcefolger-Schaltung angeordnet und wirken hier als Pufferverstärker für das Signal, welches am Gate-Anschluß des Transistors 525 erscheint. Solange der Impulszug F auf dem Pegel H ist, ist der Schalter 530 geschlossen und das vom Pufferverstärker aus Transistor 525 und Widerstand 526 gelieferte Signal lädt den Kondensator 532 auf. Daher nimmt die Wellenform /, weiche aiii Ki'iuieiipütiki jjJ ei SChcini, uic Wcfic des Eingangssignals an.

Wenn der Impulszug F den niedrigen Pegel L hat, werden die Schalter 505 und 530 geöffnet, und die Ladung wird im Kondensator 532 gefangen. Der Kondensator 532 speichert demnach einen Abtastwert des Eingangssignals dann, wenn der Impuiszug F den Pegel I. hat. Außerdem wird dann der Schalter 520 geschlossen, und auch der Schalter 521 schließt wegen des niedrigen Pegels L des Impulszuges G. Über den Kondensator 510 liegt kein Kurzschluß, weil der Impulszug C den Pegel L hat. Deshalb wird der Kondensator 510 über den Pufferverstärker mit dem Transistor 535 auf die Spannung am Kondensator 532 aufgeladen, und zwar über den Ladeweg mit den Schaltern 521, 520, dem Kondensator 510, dem Schalter 515, dem Knotenpunkt 517 und eine Vorspannungsquelle. Deshalb nimmt die Wellenform /, die am Kondensator 510 mit der angedeuteten Polarität erscheint, den Wert der gespeicherten Spannung des Kondensators 532 an.

Die Vorspannung am Knotenpunkt 517 ist gleich der Ruhespannung des Source-Anschlusses des Transistors 535 Dadurch werden die Sehwellenwertsnannungen der Transistoren 525 und 535 ausgeschaltet und garantiert, daß die im Kondensator 510 gespeicherte Spannung gleich dem abgetasteten Wert des Eingangssignals wird.

Wenn der Impulszug F wiederum den Pegel H einnimmt, öffnen die Schalter 515 und 520. und die Ladung wird im Kondensator 510 wegen der hohen Impedanz des Gate-Anschlusses des Transistors 525 gefangen. Daher speichert der Kondensator 510 den Abtastwert des Eingangssignals. Gleichzeitig schließen die Schalter 505 und 530 nochmals, und der gespeicherte Abtastwert des Kondensators 510 wird in Serie mit dem Eingangssignal geschaltet Demnach wird der Kondensator 532 auf eine Spannung gleich dem Augenblickswert des Eingangssignals plus dem vorhergehenden Abtastwert aufgeladen, wie durch Wellenform /

angezeigt. Wenn der Impulszug F zur Zeit wiederum

den Pegel L annimmt wird im Kondensator 510 eine Spannung gleich der Summe der bisherigen zwei Abtastwerte gespeichert

Durch Fortführung des beschriebenen Verfahrens ist ersichtlich, daß der Kondensator 532 auf die kumulative Summe der Abtastwerte des Eingangssignals aufgeladen wird Kurz vor dem Zeitpunkt T ist der Kondensator 532 auf eine Spannung gleich der Summe

aller η Abtaslwerte aufgeladen, die seil der Zeit Null genommen wurden. Zur Zeit Γ nimmt der Impulszug F den Pegel L an und öffnet die Schalter 505 und 530, wodurch die Aufladung des Kondensators 532 verhindert wird. Zusätzlich werden die Schalter 515 und 520 geschlossen. Zur gleichen Zeit nimmt der Impulszug G den Pegel H ein, und der Schalter 516 wird geschlossen und der Schalter 521 geöffnet. Das öffnen des Schalters 521 hält den Aufladungsweg für den Kondensator 510 vom Transistor 535 offen, da der Schalter 515 geschlossen ist, und das Schließen des Schalters 516 bewirkt einen Kurzschluß des Kondensators 510. so daß dieser sich entlädt und ein weiterer Betriebszyklus eingeleitet wird.

Durch den Pegel H des Impulszuges G zur Zeit / schließt der Schalter 540. wodurch der Kondensator 541 auf die im Kondensator 532 gespeicherte Ladung über den Pufferspeicher aus Transistor 535 und Widerstand 536 und über den Schalter 540 aufgeladen wird. Wenn !rnⁿu!?Z^lJ^|y G n?*ch der Zelt

1 annimmt

wird die Ladung im Kondensator 541 eingefangen, und dieser Kondensator speichert eine Spannung gleich der Spannung, die im Kondensator 532 gehalten worden war. Wegen der hohen Impedanz des Gate-Anschlusses des Transistors 545 wird die im Kondensator 541 gespeicherte Ladung dort gehalten, wenn der Schalter 540 öffnet, d. h. die Ladung wird bis zum Zeitpunkt gehalten, wenn der Impulszug G auf den Pegel H geht. Daher stellen der Schalter 540 und der Kondensator 541 ein Abtast- und Halte-Gatter dar.

Feldeffekttransistor 545 und der Widerstand 547 stellen einen Sourcefolger dar, der ein Pufferverstärker für das am Kondensator 541 erscheinende Signal ist. Wie durch den Kurvenzug K angedeutet, weist das Ausgangssignal einen Verlauf auf, der dem eines Abtast- und Haite-Gatters ähnlich ist, das mit der Frequenz f betrieben wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Eingangssignal H mit Bezug auf die maximale Amplitude normalisiert dargestellt worden ist. Die Kurvenzüge /./und Kzeigen wesentlich größere Amplituden, da sie als Addition der Abtastwerte des Kurvenzugs //erhalten werden. In der Zeichnung wurden sie mit einem Faktor Mn aus Zeichnungsgründen verkleinert. Da η Abtastwerte der Wellenform H addiert werden und deren maximaler Wert gleich 1 ist, können die Kurvenzüge /. /und K eine maximale Amplitude η annehmen. Da die Abschnitte des Kurvenzuges K jede Summe von η Abtastwerten darstellen, kann der Mittelwert dieser Abtastwerte durch Division von K durch η erhalten werden. Es ist somit ersichtlich, daß die Ausführungsform nach F i g. 5 eine Verstärkung von η mit Bezug auf die Ausführungsform nach F i g. 3 aufweist welche den Mittelwert von π Abtastungen erzeugt

F i g. 7 zeigt eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine kumulative Aufladung eines Speicherkondensators benutzt wird. F i g. 7 wird in Verbindung mit F i g. 8 erläutert, weiche das Impulsdiagramm für die Ausführungsform nach F i g. 7 darstellt Die Signale F, Gund Hin der Schaltung nach Fig.7 sind identisch mit den entsprechenden Signalen der Schaltung nach F i g. 5.

Die Steuerimpulszüge F, G und L nach F i g. 8 werden in bekannter Weise, beispielsweise wie bei Fig.5 erläutert erzeugt Der Impulszug G wird an den Setzeingang eines Flipflops 736 angelegt Wenn ein Impuls im Impulszug G erscheint wird d?s Flipflop gesetzt der Q-Ausgang geht auf H und das UND-Glied

737 wird vorbereitet. Daher wird der nächste im Impulszug F erzeugte Impuls, der an das UND-Glied 737 über die Leitung 739 angelegt ist. durch das UND-Glied hindurchgelassen, und es wird ein Impuls des Impulszuges /.erzeugt. Das NOR-Glied 735 erzeugt nur dann einen Ausgangsimpuls H, wenn beide Eingangsimpulse auf L sind. Wenn der Impuls im Impulszug L vorkommt, ist der Impulszug G bereits auf L. Da die Rückflanke des Impulses im Impulszug L der Rückflanke des Impulses im Impulszug F entspricht, geht der Ausgangsimpuls des NOR-Gliedes 735 auf H. sobald der Impuls im Impulszug L verschwindet. Daher wird das Flipflop 736 rückgesetzt, und der (^-Ausgang geht auf L. wobei das UND-Glied 737 gesperrt wird und kein weiterer Impuls des Impulszuges F hindurchgelangt. Auf diese Weise wird eine Folge von Impulsen der Frequenz /'erzeugt.

Ein Eingangssignal gemäß dem Kurvenzug H liegt an den Knotenpunkten 700 und 701 an. Die im Impulsziig F mit Her Frennen7 η ■ /"erscheinenden Impulse schließen den Schalter 705 immer wieder, wodurch der Kondensator 707 auf den Wert des Eingangssignals aufgeladen wird. Wenn das Signal Fauf L geht, öffnet der Schalter 705. und die Ladung des Kondensators 707 wird eingefangen, womit ein Abtastwert gespeichert wird, und der Schalter 710 schließt, um den Kondensator 707 mit dem Knotenpunkt 711 zu verbinden.

Ein invertierender Spannungsverstärker 715 ist am Knotenpunkt 711 angeschlossen und dient zur Multiplikation des Wertes eines Nebenschlußkondensators 716. Dies macht sich so bemerkbar, als ob zwischen die Knotenpunkte 711 und 701 ein effektiver Kondensator geschaltet wäre, der (/\-t-l)-mal so groß wie der Kondensator 716 ist, wobei A die Verstärkung des Verstärkers 715 bedeutet. Wenn A groß ist und die Kondensatoren 707 und 716 den gleichen Wert aufweisen, ist dieser effektive Kondensator viel größer als der Kondensator 707.

Wenn das Signal Fauf L geht und der Schalter 710 geschlossen wird, erscheint der effektive Kondensator parallel zum Kondensator 707, und die Ladung wird zwischen diesen verteilt. Wenn der Kondersator A groß ist, wird eine vernachlässigbare Ladung von ihm und beinahe die gesamte Ladung des Kondensators 707 abgegeben. Wenn der Impulszug F auf den Pegel H geht, wird der Kondensator 707 auf den Wert des Eingangssignals aufgeladen. Wenn der Impulszug Fauf den Pegel L geht, wird das Eingangssignal abgetrennt, und das Schließen des Schalters 710 bewirkt, daß der Kondensator 707 im wesentlichen seine gesamte Ladung an den effektiven Kondensator abgibt. Dies wird durch die Tatsache belegt, daß die Spannung am Kondensator 707 (Kurvenzug M) auf Null geht und die Spannung am Kondensator 716 (Kurvenzug N) zunimmt

Durch das gerade beschriebene Verfahren werden aufeinanderfolgende Abtastwerte des Eingangssignals im Kondensator 707 eingefangen und benutzt Ladung im Kondensator 716 kumulierend aufzuspeichern. Nachdem η solcher Abtastwerte aufaddiert worden sind, geht der Impulszug G auf den Pegel H. Wie der Schalter 540 und der Kondensator 541 nach Fig.5. stellen der Schalter 720 und der Kondensator 721 ein Abtast- und Halte-Gatter dar, welches mit der Frequenz / arbeitet Daher bewirkt der Impulszug G das periodische Abtasten und Halten des Kurvenzugs N mit der Frequenz f. Der Kondensator 716 wird nach jedem Abtast- und Haltevorgang durch den Schalter 717

Il

entsprechend dem Kurvenzug L entleert. Der invertierende Pufferverstärker 725 trennt den Kondensator 72* vom Ausgangspunkt 730, um die Entladung des Kondensators zu verhindern. Das Ausgangssignal (Kurvenzug K) hat eine ähnliche Ausbildung wie das Abiast- und Haltesignal mit der Frequenz f.

Es wird darauf hingewiesen, daß in obiger Beschreibung angenommen ist, daß die Verstärkung A des Verstärkers 715 groß genug ist. die vollständige

Entladung des Kondensators 707 zu bewirken. Wenn diese Verstärkung nicht groß genug ist, tritt eine echte Ladungsverteilung zwischen den Kondensatoren 707 und 716 ein mit der Folge, daß der Kurvenzug N mit Bezug auf den Kurvenzug N gedämpft ist. Dies beeinträchtigt jedoch nicht die Filtereigenschaften der Einrichtung, sondern reduziert lediglich die Verstärkung der Einrichtung unterhalb des Wertes n, wie in Fig.8 angenommen.

Hi

er/u

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von amplitudenmodulierten Impulsen mit der Impulsfolge / in zwei aufeinanderfolgenden Stufen einer Schaltungsanordnung durch Abtasten eines kontinuierlichen Eingangssignals π ■ /-mal je Sekunde, wobei π eine ganze Zahl größer als 1 und /72 die höchste interessierende Frequenz des Eingangsanalogsignals ist, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von η aufeinander folgenden Abtastwerten zusammengefaßt werden und deren Mittelwert zur Gewinnung der amplitudenmodulierten Ausgangssignale der Frequenz /verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Gruppe jeder Abtastwert unabhängig gespeichert wird (in 33) und daß die π Abtastwerte jeder Gruppe beim Vorliegen des letzten Abtastwerts dieser Gruppe miteinander vereinigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die π Abtastwerte (F i g. 8, Kurve M) jeder Gruppe durch sequentielle Summierung (in 716) miteinander vereinigt werden.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Vierzahl von Kondensatoren (33-1 bis 33-n) zur Speicherung jeweils eines Abtastwertes jeder Gruppe und eine Schalteinrichtung (32-1 bis 32-(n —1)), die alle Kondensatoren mit der Frequenz /parallel schaltet, um den Mittelwert der Abtastwerte zu bilden (F i g. 3).

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen „rsten und einen zweiten Speicher (532, 510) und Koppeleinrichtungen (525, 530,526), die an den ersten Speicher (532) ein Signal gibt, welches die Summe des letzten Abtastwertes und des Inhalts des zweiten Speichers (510) darstellt, ferner eine Koppeleinrichtung (535, 536,521,520), die an den zweiten Speicher (510) ein Signal gibt, welches den Inhalt des ersten Speichers (532) darstellt, und eine Einrichtung (516), die den zweiten Speicher (510) /-mal pro Sekunde leert (F ig. 5).

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen ersten Speicher (707) zur Speicherung des letzten Abtastwertes, einen zweiten Speicher (716), eine Übertragungseinrichtung (710) zur Übertragung eines Signals an den zweiten Speicher (716), welches den Abtastwert im ersten Speicher (707) darstellt, und eine Einrichtung (717) zur Leerung des zweiten Speichers /-mal pro Sekunde (F i g. 7).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung einen Schalter (710) aufweist, der den ersten Speicher (707) mit dem zweiten Speicher (716) nach Lieferung jeweils eines Abtastwertes verbindet, und daß ein invertierender Verstärker (715) vorgegeben ist, dessen Ein- und Ausgang mit dem Eingang bzw. Ausgang des zweiten Speichers (716) verbunden ist.

65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von amplitudenmodulierten Impulsen mit der Impulsfolgefrequenz /in zwei aufeinanderfolgenden Stufen einer Schaltungsanordnung durch Abtasten eines kontinuierlichen Eingangssignals η ■ /-mal je Sekunde, wobei η eine ganze Zahl größer als 1 und /72 die höchste interessierende Frequenz des Eingangsanalogsignals ist

Ein bekanntes Verfahren bzw. eine bekannte Anordnung dieser Art (DE-OS 19 31 242) in Form einer Abtast- und Halteanordnung, die auch als Treppenspannungserzeuger bekannt ist, weist zwei oder mehrere, in Reihe geschaltete Abtaststufen auf. Zur Überwindung der bei einstufigen Anordnungen auftretenden Begrenzungen durch das Verhältnis von Sperr- zum Durchlaß- -viderstand bei den zur Probenentnahme benutzten Schaltern werden in der ersten Stufe amplitudengetreue, kurze Proben und in einer nachfolgenden Stufe dann phasenverschoben längere Proben entnommen und gespeichert Die Abtastfrequenz in der ersten Stufe kann ganzzahlig größer als in der nachfolgenden Stufe sein, wobei dann bei beispielsweise halber .Abtastfrequenz in der nachfolgenden Stufe die Phase so gewählt ist, daß jedes zweite Stufendach der Spannung in der ersten Stufe abgetastet wird. Eine Summen- oder Mittelwertbildung der Abtastproben findet nicht statt.

Ganz allgemein wird bei Signalabtastsystemen ein als kontinuierliche WeH-i vorliegendes Informationssignal wiederholt abgetastet, um daraus ein amplitudenmoduliertes Impulssignal (PAM) zu erzeugen. Das Spektrum des PAM-Signals weist ein Basisband auf, das das Spektrum des ursprünglichen Signals und ein Abbild des Basisbandsignals als Seitenbänder umfaßt, welche um jede Harmonische der Abtastfrequenz verteilt sind. Der jeweilige Anstieg der Seitenbänder (der sogenannte Schwanz) hat die Tendenz, sich in das Basisband zu erstrecken und einen Beitrag zu dessen Energieinhalt zu liefern, was zu der sogenannten Überdeckungsverzerrung (aliasing distortion) des Basisbandsignals führt.

Da die Überdeckungsverz^rrung iurch das Abtastverfahren bedingt ist, würde der normale Weg, diese Verzerrung zu vermeiden, darin bestehen, das Informationssignal zu filtern, damit die Bandgrenze auf Frequenzen unterhalb der höchsten Nutzfrequenz beschränkt ist, und dann das bandbegrenzte Signal mit einer Frequenz (der sogenannten Nyquist-Frequenz) abzutasten, die oberhalb der doppelten Nutzfrequenz liegt. Ein Tiefpaßfilter zu diesem Zweck darf die erwünschten Frequenzen nicht wesentlich dämpfen, muß jedoch oberhalb der Bandgrenze eine hohe Dämpfung haben, um die Überdeckungsverzerrung soweit wie möglich zu verringern. Leider sind Filter mit steilen Flanken teuer und groß. Ferner ist der Frequenzverlauf solcher Filter sehr stark abhängig von den Werten der Reaktanzbauteile, und diese Werte ändern sich mit den Umgebungsbedingungen und dem Alter.

Eine weitere Möglichkeit wäre die Verwendung der bekannten N-Weg-Filter, die als Bandpaß- oder Bandsperrfilter unter Anwendung von Abtasltechniken dienen können. Bandpaßfilter dieser Art haben gewöhnlich einen allmählichen Dämpfungsanstieg bzw. -abfall, verglichen mit der Bandbreite, und sind deshalb für die vorliegende Anwendung wenig nützlich. Die Bandsperrfilter können so hergestellt werden, daß sie wesentlich steilere Dämpfungsflanken zeigen. Bei dieser Art von Filter werden Abtastwerte des zu filternden Signals zwischen mehreren Übertragungswegen umgeschaltet,