DE2643949C3 - Schaltungsanordnung zum impulsmäßigen Übertragen von analogen Spannungswerten beider Polaritäten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der Literaturstelle »Biotelemetry«, International Symposium, Mai 5 bi3 8,1971, S. 371 bis 380 bekannt. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird der Abstand zwi-

sehen zwei Impulsen einer Impulsfolge in Abhängigkeit von einem analogen Spannungswert verändert Jeder Impuls besteht dabei aus einer Gruppe hochfrequenter Schwingungen. Der am Anfang eines Übertragungsweges angeordnete Modulator besteht aus einem Ein- gangsverstärker, einer gesteuerten Stromquelle, einem astabilen Multivibrator und einem Hochfrequenzoszillator. Der Ausgangsstrom der gesteuerten Stromquelle wird über den Eingangsverstärker durch ein Eingangssignal vorgegeben. Das Ausgangssignal der gesteuerten Stromquelle steuert die längere Zeitkonstante eines stark unsymmetrischen Multivibrators. Der Hochfrequenzcszillator wird während eines kurzen Zeitintervalls durch den astabilen Multivibrator eingeschaltet Bei dieser Schaltungsanordnung werden also vier Funktionsgruppen benötigt von denen zumindest zwei, nämlich der steuerbare astabile Multivibrator und der Hochfrequenzoszillator verhältnismäßig aufwendig sind.

Eine Schaltungsanordnung zum impulsmäßigen Übertragen analoger Spannungswerte ist auch dem »Elektrcnik-Lexikon«, Francksche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1974, S. 413, entnehmbar. Be; der bekannten Pulsfrequenzmodulation wird die Pulsfrequenz verändert Der analoge Spannungswert wird dabei je nach Polarität in eine Frequenz f₀ ±Af umgewandelt wobei der Spannungswert proportional zu Al ist Am Ende des Übertragungsweges folgt die Demodulation durch einen Frequenzspannungswandler, bei dem die Grundfrequenz f₀ unterdrückt wird. Um die Welligkeit -¹O der Ausgangsgröße niedrig zu halten, muß das benötigte Tiefpaßfilter geeignet ausgebildet werden. Dadurch ergibt sich aber auch ein schlechtes Einschwingverhalten, das gleichbedeutend mit einer relativ niedrigen Grenzfrequenz ist

Bei der bekannten Pulsphasenmodulation wird die Phase des Trägerimpulses verändert Dies bedeutet daß der Trägerimpuls innerhalb der Periodendauer um eine Mittellage entsprechend dem zu übertragenden analogen Spannungswert verschoben wird. Diese impuls- *o mäßige Übertragung analoger Spannungswerte macht jedoch eine Synchronisation für die einzelne Periodendauer erforderlich.

Durch die DE-AS 1240122 ist eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Impulsfolge mit einer Wiederholungsfrequenz bekannt die der Stromstärke eines SteueTgleichstromes wenigster!·! angenähert proportional ist Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung liegt der analoge Spannungswert an der Basis-Emitter-Strecke eines ersten Transistors und so steuert über diesen Transistor die Aufladung eines Kondensators mit einem angenähert proportionalen Strom. Ist die Kondensatorspanm-ng auf einen Wert angestiegen, der Ober der Basis-Emitter-Spannung eines zweiten Transistors liegt erzeugt der a!s Sperrschwinger geschaltete zweite Transistor ausgangsseitig einen Impuls der Impulsfolge« der gleichzeitig eine schnelle Entladung des Kondensators auslöst Ist der zu übertragende analoge Spannungswert Null, so erscheint zumindest theoretisch erst nach unendlich langer Zeit einer der Impulse der Impulsfolge. Bei kleinen positiven Spannungen treten daher sehr große zeitliche Abstände zwischen den Impulsen auf, so daß eine nur sehr träge Übertragung der in den analogen Spannungswerten enthaltenen Informationen ermöglicht ist Die Übertra- " gung analoger Spannungswerte, die beide Polaritäten aufweisen, erfolgt verstümmelt, da nur Spannungen einer einzigen Polarität übertragen werden können.

Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der durch die bekannte Schaltungsanordnung erzeugten Impulsfolge ist umgekehrt proportional zu den analogen Spannungswerten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die ohne Einbuße an Übertragungsqualität nur eine geringe Anzahl einfacher Bauelemente erfordert

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Damit wird im Demodulator ein Tiefpaßfilter überflüssig, denn die Ausgangsspannung kann nahezu ungeglättet weiterverarbeitet werden. Es muß lediglich mit einer Totzeit gerechnet werden, die so groß ist wie die Periodendauer der niedrigsten Übertragungsfrequenz, und ein Einschwingvorgang dauert höchstens doppelt so lange. Eine zusätzliche Synchronisation wie bei der Pulsphasenmodulation zur Erkennung der Phasenlage innerhalb der Periodendauer erübrigt sich, da die übertragene Information im Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen enthalten ist und damit der vorangehende Impuls jeweils den seitlichen Bezugspunkt liefert Damit liegt ein Unterschied sowohl zur Pulsphasenmodulation als auch zur Pulsfrequenzmodulation vor. Bei der erstgenannten Modulationsart liegt die zu übertragende Information in der Lage eines jeden Impulses innerhalb einer zeitlich starren Periodendauer, und bei der letztgenannten Modulationsart liegt sie direkt in der Impulsfrequenz.

Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden nur wenige, einfache und handelsübliche Bauelemente benötigt

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 gekennzeichnet

Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 2 wird durch die Dauer des instabilen Zustands der monostabilen Kippstufe die Länge der Impulse bestimmt

Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 3 wird auf einfache Weise das Zurücksetzen der integratorspannung auf den Wert Null am Ende eines Abtastzyküus erreicht und die Schaltung wird für den nächsten Abtastzyklus vorbereitet

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist beim Wert Null der analogen Spannungsgröße die Rückstellschwelle durch dieselbe Spannungsquelle bestimmt die auch die Integrationssteilheit bestimmt Toleranzen dieser Spannungen haben auf diese Weise keinen Einfluß auf die Grundfrequenz des Integrators. Frequenzbestimmend für diese Grundfrequenz sind allein die von Widerstand und Kapazität des Integra' tors. Diese lassen sich sehr genau realisieren.

Durch eine Ausführung nach Anspruch 5 wird eine potentialfreie Übertragung der analogen Spannungsgröße ermöglicht

De· Aufbau des Demodulators nach Anspruch 6 ermöglicht es, auch den Demodulator aus wenigen handelsüblichen Bauteilen kostengünstig und mit geringem Aufwand zu erstellen, wobei Glättungsglieder überflüssig sind. Ein bevorzugtes Verfahren zum Betrieb eines solchen Demodulators ist in Anspruch 7 gekennzeichnet Die demodutatorseitige Abtastfrequenz ist damit halb so groß wie die modulatorseitige Abtastung der analogen Spannungsgröße. Am Ausgang des Momentanwertspeichers steht die übertragene Spannungsgröße zur Verfügung. Abweichend davon ist es auch möglich, durch Einsatz eines schnelleren Speichers und gegebenenfalls durch Verlängerung der Dauer der Impulse während der Dauer des zweiten Impulses die

Übernahme der am Integratorausgang anstehenden demodulierten Spannung und die Entladung des Integrationskondensators durchzuführen. Damit kann die demodulatorseitige Abtastfrequenz ebenso hoch sein wie die des Modulators. Dies kann auch durch einen im Gegentakt arbeitenden Demodulator bewerkstelligt werden.

Als Schalter im Demodulator werden gemäß Anspruch 8 vorteilhafterweise Halbleiterschalter eingesetzt, da diese lediglich eine geringe Steuerleistung und hohe Schaltfrequenzen ermögllihen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Demodulators zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 9 gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. I ein Schaltbild des Modulators sowie den modulatorseitigen Teil des Übertragungssystems,

Fig. 2 den Zusammenhang zwischen MeOspannung und dem Abstand zwischen den am Modulatorausgang anstehenden Impulsen,

F i g. 3 den eigentlichen Demodulator,

F i g. 4 das zum Demodulator gehörige Steuerglied sowie den demodulatorseitigen Teil des Übertragungssystems,

Fig. 5 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Steuergliedes und

Fig. 6 den zeitlichen Verlauf der Spannung am Integrator des Demodulators.

Der in Fig. 1 dargestellte Modulator t stellt im wesentlichen einen Sägezahngenerator dar. Er umfaßt einen aus einem Operationsverstärker 3 sowie einem Widerstand Ri und einen Kondensator Cl bestehenden Integrator 2, einen aus einem Operationsverstärker 5 sowie den Widerständen R 2, R 3 und R 4 bestehenden Summierverstärker 4, ein Vergleichsglied 7, dem die Ausgangsspannung U2 des Integrators 2 sowie die Ausgangsspannung UA des Summierverstärkers 4 zugeführt ist, und einen dem Vergleichsglied 7 nachgeschalteten Schalter 8, der als monostabile Kippstufe ausgeführt ist. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe bildet den Ausgang 9 des Modulators. Die instabilen Zustand übergeht und somit einen der Impulse gleicher Amplitude und gleicher Dauer I_n abgibt, der am Ausgang 9 des Modulators zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird während der Dauer dieses sogenannten einheitlichen Impulses der weitere Schalter 511 geschlossen, wodurch der Kondensator C1 des Integrators 2 entladen wird und am Ausgang des Integrators 2 die Spannung U2 auf Null zurückfällt. Der durch den Schalter SH geschlossene Entladekreis für den Kondensator Ci ist so bemessen, daß mit Sicherheit während der Dauer Tu eines der einheitlichen Impulse der Kondensator Ci entladen ist. Die Integratorausgangsspannung U2 läuft somit repetitiv immer wieder hoch, bis der Wert der Ausgangsspannung L/4 des Summierverstärkers 4 erreicht ist, worauf jeweils einer der einheitlichen Impulse I_n abgegeben wird. Die Ausgangsspannung UA des Summierverstärkers 4 schwankt in Abhängigkeit von der Größe der zu übertragenden analogen Spannungsgröße U_mr0 an der Eingan^sklemme6des Modulators 1.

Nimmt die an der Eingangsklemme 6 anliegende analoge Spannungsgröße U_mre den Wert Null an, so steht ausgangsseitig am Summierverstärker 4 der durch die negative Bezugsspannung - Ub vorgegebene Spannungswert U4o an. Der Integrator 2 benötigt zum Hochlauf auf diese Spannung UAo eine Zeit 7Ό. Bei erreichter Spannungsgleichheit steht am Ausgang 9 des Modub.'.ors die ansteigende Flanke eines der einheitlichen Imnulse zur Verfügung. Der Abstand zu der abfallenden Flanke des vorangehenden einheitlichen Impulses beträgt somit 7ö (Normalabstand). Nimmt die an der Eingangsklemme 6 anstehende analoge Spannungsgröße Umeß einen positiven Spannungswert an, so steht ausgangsseitig am Summierverstärker 4 eine gegenüber der Spannung UAo verkleinerte Spannung UA an. Diese verringerte Spannung UA wird beim Hochlauf der Ausgangsspannung U2 des Integrators 2 früher erreicht, so daß der Abstand der ansteigenden Flanke des nunmehr abzugebenden einheitlichen Impulses zu der abfallenden Flanke des vorangehenden einheitlichen Impulses gegenüber der Zeitdauer T_n um die Zeitspanne Δ T verkürzt ist. Nimmt die analoge Spannungsgröße U_mee negative Spannungswerte an. so

scher Schalter ausführbaren weiteren Schalter S11, der zum Kurzschließen des Integrationskondensators Ci des Integrators 2 dient. Den Eingang des Modulators, an den die zu wandelnde analoge Spannungsgröße U_mca anzulegen ist, bildet die Klemme 6. Die Klemme 6 ist über den Widerstand R 2 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 5 verbunden. Eine negative konstante Bezugsspannung -Ub ist dem Widerstand R1 des Integrators sowie über den Widerstand R 3 dem Summierverstärker 4 zugeführt

Der Summierverstärker 4 bildet die Summe aus der negativen konstanten Bezugsspannung — Ub sowie der an der Eingangsklemme 6 anliegenden analogen Spannungsgröße U_mre und stellt diese ausgangsseitig als Spannung t/4 zur Verfugung. Die negative Bezugsspannung — Ub dient gleichzeitig dazu, den Kondensator C1 des Integrators 2 aufzuladen. Die Ausgangsspannung U 2 des Integrators 2 entspricht während des Ladevorgangs der ansteigendenFlanke eines Sägezahnimpulses. Bei Gleichheit der Ausgangsspannung t/2 des Integrators 2 sowie der Ausgangsspannung UA des Summierverstärkers 4 gibt das Vergleichsglied 7 an die monostabile Kippstufe 8 ein Steuersignal ab, worauf die monostabile Kippstufe 8 für die Zeitdauer Tu in den 4ί ehe Impuls /„ zum vorangehenden Impuls /„_i einen gegenüber dem Normalabstand To vergrößerten Abstand auf. Die Abstandsvergrößerung bzw. Abstandsverkleinerung gegenüber dem Normalabstand weist eine strenge Linearität zur Meßspannung U_mee auf.

w Dadurch daß die negative konstante Bezugsspannung Ub sowohl zur Bildung des Normalabstandes T₀ als auch zur Ableitung des Ladestroms für den Integrator 2 und damit die Integrationssteilheit herangezogen wird, haben Toleranzen dieser Spannung keinerlei Einfluß auf die Hochlaufzeit des Integrators 2 und damit auf die Grundfrequenz des Sägezahngenerators. Frequenzbestimmend für die Grundfrequenz sind allein die Komponenten R 1 und C1 des Integrators 2. Durch geeignete Bemessung dieser Komponenten ist die

μ Hochlaufzeit in weiten Grenzen variierbar, und somit ist ohne Aufwand die notwendige Anpassung an die Änderungsgeschwindigkeit und damit die Abtastungspräzision der analogen Spannungsgröße Umct zu erreichen.

b5 Mit der Ausgangsklemme 9 des Modulators 1 ist der modulatorseitige Teil des Übertragungswegs 10 verbunden. Dieser Teil des Übertragungswegs 10 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Leuchtdiode 11, die über

einen Widerstand R 5 an positiver Spannung liegt. Der am Ausgang 9 des Integrators 1 jeweils am Ende eines Modulationszyklus anstehende einheitliche Impuls bewirkt bei diesem Übertragungssystem die Abgabe eines gleichgestaltig^n Lichtimpulses, der von dem demodula- s torseitigen Teil des Übertragungssystems 10 in Form eines Lichtempfängers aufgenommen wird. Zur Über- tragung des optischen Signals Über größere Entfernunger können beispielsweise Lichtleiter eingesetzt werden. Soll lediglich eine Potentialtrennung von Modulator und Demodulator erreicht werden, kann als Übertragungssystem ein Opto-Koppfsr verwendet werden. Alternativ zur optischen Signalübertragung ist in den Fällen, in denen eine Potentialtrennung unerheblich ist. selbstverständlich auch eine elektrische Signalübertragung möglich.

Fig. 2 zeigt den Arbeitsbereich des Modulators 1, wobei als Koordinate die Ausgangsspannung des Summierverstärkers 4, als Abszisse der zeitliche Abstand zwischen je zwei aufeinanderfolgenden der einheitlichen Impulse aufgetragen ist Es ist ersichtlich, daß durch die Funktion des Modulators 1 die Ausgangsspannung i/4 und damit natürlich auch die zu übertragende analoge Spannungsgröße LJ_mro in eine Impulsfolge umgewandelt wird, wobei der Abstand zwischen jeweils zwei Impulsen die zu übertragende Information beinhaltet. Nimmt die Ausgangsspannung i/4 für den Wert der analogen Spannungsgröße U_meß gleich Null den Wert i/4o an, so weist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden einheitlichen Impulsen den Normalabstand To auf. Von Null abweichende Werte der analogen Spannungsgröße U_meß bewirken Aoweichungen der Ausgangsspannung i/4 vom Wert £/4o, wobei positive Werte der analogen Spannungsgröße UmcB eine Verkleinerung von U_t um k ■ Umee. ^ negative Werte der analogen Spannungsgröße Vergrößerung der Ausgangsspannung um den Wert k ■ U_mee gegenüber dem Wert U4o bewirken. Der Wert von k ist durch die Größe der Widerstände des Summierverstärkers 4 gegeben. Somit wird jeder Wert der analogen Spannungsgröße Umee in einen ihm entsprechenden proportionalen Abstand zum vorangehenden einheitlichen Impuls umgewandelt. In Fig.2 ist davon

zwischen den Extremwerten + Umee mn und — U_mee_m,_t « schwanken kann. Damit ist für die Ausgangsspannung L/4 des Summierverstärkers 4 eine maximale Schwankung von ±Ar ■ Umeumtx um den Wert U4q möglich. Dieser maximale Spannungshub wird durch den Modulator in einen maximalen zeitlichen Hub umgesetzt, der den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden einheitlichen Impulsen zwischen To-AT_n,,, und To+Δ Tnut bewirkt.

F i g. 3 zeigt einen Teil des Demodulators 12, der auch das in F i g. 4 dargestellte Steuerglied 13 umfaßt Der in F i g. 3 dargestellte Teil des Demodulators besteht aus einem Integrator 14 sowie einem dem Integrator 14 nachgeschalteten Momentanwertspeicher 16, dessen Ausgang 18 den Ausgang des Demodulators 12 bildet An diesem Ausgang 18 steht ein genaues Abbild der analogen Spannungsgröße U_mft in Form der Ausgangsspannung UmcB zur Verfugung. Der Integrator 14 besteht aus einem Operationsverstärker 15, einem Kondensator C2 sowie den Widerständen R 6 und R 7, die mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 verbunden sind. Der Widerstand R 6 liegt an der negativen konstanten Spannung - Ur, der Widerstand R 7 an der positiven Spannung + Ur. Durch den steuerbaren elektronischen Schalter 51 ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 15 an die negative Spannung - Ur anschaltbar, durch den steuerbaren Schalter 52 kann der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 15 mit der positiven Spannung + Ur verbunden werden. Der Kondensator Cl des Integrators 14 kann durch einen vierten steuerbaren elektronischen Schalter 54 überbrückt werden. Der Ausgang 19 des Operationsverstärkers 15, der den Ausgang des Integrators 14 bildet, steht zu dem nachgeschalteten Momentanwertspeicher 16 in Verbindung, wobei der Momentanwertspeicher 16 einen Operationsverstärker 17, einen Kondensator C3 sowie die Widerstände RS, R9 und R 10 umfaßt. Die am Ausgang 19 des Integrators 14 anstehende Spannung kann nach Schließen eines dritten Schalters S3, der als steuerbarer elektronischer Schalter ausgeführt ist, an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 17 angelegt werden.

Durch geeignete Steuerung der Schalter 51. 52 und 54 wird die in dem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden einheitlichen Impulsen enthaltene Information wieder in eine analoge Spannungsgröße im Integrator 14 umgewandelt. Das am Integrationsausgang anstehende Abbild der analogen Spannungsgröße Umeß wird durch zeitgerechtes Schließen des dritten Schalters 53 in den Momentanwertspeicher 16 übernommen und steht an der Ausgangsklemme 18 zur Verfügung.

Die zeitliche Steuerung der Schalter 51 bis 54 erfolgt durch das in F i g. 4 dargestellte Steuerglied. Im linken Teil der Zeichnung ist der demodulatorseitige Teil des Übertragungssystems 10 wiedergegeben. Ein Fototransistor 20 wandelt die übertragenen einheitlichen Lichtimpulse in gestaltgleiche elektrische Impulse um. Der Kollektor des Fototransistors 20 ist mit dem Emitter eines Ansteuertransistors 21 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand R12 an positiver Spannung liegt. Diese Emitteransteuerung des Fototransistors 20 dient der Erhöhung der Schaltgeschwin Jigkeit. Die vom modulatorseitigen Teil des Übertragungsystems 10 eingehenden optischen einheitliches! Impulse stehen an der Klemme 30 des Übertragungssy-

StCiTiS ttiS gCäiaitgiviCiiC CtCiCiriSCiiC liTtpüiäC mit

proportional zur analogen Spannungsgröße U_mee variierendem Abstand zur Verfügung.

Die Ausgangsklemme 30 des Übertragungssystems 10 ist mit der Eingangsklemme 31 des Steuergliedes 13 des Demodulators 12 verbunden. Im Steuerglied 13 wird ein Zeitraster zur Steuerung der Schalter 51 bis 54 des Integrators sowie des Momentanwertspeichers 16 des Demodulators 12 abgeleitet Zu diesem Zweck wird das an der Eingangsklemme 31 anstehende Signal Uo über ein Invertierglied 24 dem dynamischen Eingang eines ersten /K-Speichergliedes 22 sowie direkt dem dynamischen Eingang eines zweiten /K-Speichergliedes 23 zugeführt Der Ausgang Q des ersten /Ai-Speichergliedes 22 ist auf den Vorbereitungseingang / des zweiten /AC-Speichergliedes, der Ausgang Q dem Vorbereitungseingang K des /AC-Speichergliedes 23 zugeführt Der Ausgang Q des zweiten /K-Speichergliedes 23 steht mit dem Eingang einer monostabilen Kippstufe 25 in Verbindung. Die Zeitdauer des instabilen Zustandes der monostabilen Kippstufe 25 ist durch einen Kondensator C4 sowie einem Widerstand All vorgegeben. Das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 25 ist über ein Invertierglied 26 dem Steuereingang des ersten Schalters 51 im Integrator 14 zugeführt Der Ausgang

Q des ersten /K-Speichergliedes 22 ist zusammen mit dem Ausgang des Invertiergliedes 26 einem NAND-Gatter 27 zugeführt, dessen Signal dem zweiten Schalter 22 zugeleitet. Der Ausgang Q des zweiten /K-Speichergliedes 23 sowie der Ausgang des Invertiergliedes 24 sind mit den Eingängen eines NAND-Gatters 28 verbunden, dessen Ausgang am Steuereingang des dritten Schalters 53 des Demodulators 12 ansteht. Ferner ist ein weit'-fes NAND-Gatter 29 vorgesehen, das eingangsseitig mit der Klemme 31 sowie dem Ausgang Q des zweiten /K-Speichergliedes verbunden ist und dessen Ausgang mit dem Steuereingang des vierten Schalters 54 des Demodulators 12 verbunden ist. Die an den Ausgängen des Steuergliedes 13 entnehmbaren Signale Ti, Tj, 5 und Tr„ werden in den Schaltern 51 bis 54 invertiert und dienen als Signale Ti, Ti, Sund Tr„ zur Steuerung der Schalter.

Die Wirkungsweise des Demodulators ist in dem in Fig.5 dargestellten Impulsdiagramm veranschaulicht. Das am Eingang 31 des Steuergliedes 13 anliegende Signal Uo stellt den im Modulator 1 gebildeten Impulszug, bestehend aus den Impulsen /„, l_n+[, I_n+2. · · ·, dar. Dies sind die im Modulator 1 gebildeten einheitlichen Impulse, deren Dauer Tr durch die monostabile Kippstufe 8 vorgegeben ist. Der Abstand zwischen der abfallenden Flanke des Impulses /„ sowie der ansteigenden Flanke des Impulses /_n+i, der mit T_n bezeichnet ist, enthält die im Modulator 1 verschlüsselte Information über den Wert der analogen Spannungsgröße Umee, während des mit der abfallenden Planke des Impulses /„ beginnenden Abtastzyklus. Dies gilt analog ebenfalls für die mit T_n+1, T_n+2 bezeichneten Zwischenräume, wobei der letztere dem Normalabstand T₀ zwischen zwei Impulsen entspricht, der im Modulator 1 zustandekommt, wenn die analoge Meßspannung U_mee den Wert Null aufweist.

Aus dem Signal Ud wird im Steuerglied 13 durch die beiden y/i-Speicherglieder 22 und 23 am Ausgang (?des /K-Speichergliedes 22 die mit 22Q bezeichnete Impulsfolge, am Ausgang Q des /K-Speichergliedes 23 die mit 23Q bezeichnete Impulsfolge abgeleitet. Das am Ausgang Q des /AC-Speichergliedes 23 anstehende Signal löst an der monostabilen Kippstufe 25 das Signal

des Demodulators 12 steht somit ein Spannungswert an, der ein Abbild der am Eingang des Modulators 1 anstehenden analoge^. Spannungsgröße U_mee darstellt. Mit der abfallenden Flanke des Impulses l„₊\ steht am dritten Schalter 53 ein von dem Steuerglied 13 abgeleiteten Signal 5 zur Verfügung, wodurch der an der Integratorklemme 19 anstehende Spannungswert in den Momentanwertspeicher 16 übernommen wird, so daß an dessen Ausgangsklemme 18 das Abbild U_meu der

ίο analogen Spannungsgröße U_mce verfügbar ist. Für die Dauer T«des folgenden Impulses I_n+ 2 steht dem vierten Schalter 54 des Demodulators ein Betätigungssignal zur Verfügung, wodurch der Kondensator C2 des Integrators entladen und damit die Spannung an der Klemme 19 des Integrators auf Null zurückgesetzt wird. Mit der abfallenden Flanke des Impulses I_n * 2 beginnt ein neuer Demodulationszyklus. Da in diesem Fall der Abstand zum nächstfolgenden Impuls I_n ♦ j dem Normalabstand To entspricht, der nur beim Wert Null der analogen Spannungsgröße U_meo am Modulator 1 zustandekommt, steht in diesem Fall am Ausgang 19 des Integrators 14 am Ende des Integrationszyklus der Spannungswert Null an. Die Abtastfrequenz des Demodulators 12 ist somit halb so groß wie die Abtastfrequenz des Modulators 1. Der für die vom Spannungswert Un ausgehende Abintegration im Rahmen eines Demodulationszyklus wirksame Integratorstrom ist so gewählt, daß beim Vorliegen des Normalabstandes 7ö zwischen zwei einheitlichen Impulsen die Spannung an der Ausgangsklemme 19 des Integrators 14 den Wert Null annimmt.

F i g. 6 veranschaulicht den Arbeitsbereich des Demodulators. Im Zeitpunkt Null eines jeden Demodulation·· zyklus beginnt der Hochlauf des Integrators 14 durch Schluß des Schalters 5 1 für die Zeitspanne T_K ausgelöst durch das Signal Ti. Unmittelbar anschließend beginnt sofort die Abintegration die durch den Eingang der ansteigenden Flanke des nächsten einheitlichen Impulses gestoppt wird. Der frühestmögliche Eingang des

♦0 nächsten einheitlichen Impulses kann nach Verstreichen der Zeitspanne Τα-ΔT_mtx erfolgen. Dies führt zur maximalen positiven Ausgangsspan.iung U_mem*x an der Klemme 19 des Integrators 14. Dem entsprich, daß

C 4 der Kippstufe 25 vorgegeben ist. Damit wird im Modulator 12 für die Dauer T* der Schalter 51 geschlossen, so daß der Hochlauf der Integratorspannung L/19 beginnt. Die Integratorspannung U^ kann an der Klemme 19 abgegriffen werden. Der Spannungsverlauf an der Klemme 19 ist im Impulsdiagramm ganz unten dargestellt. Die Zeitdauer T* ist so bemessen, daß sie kleiner als der kleinstmögliche Abstand zwischen zwei einheitlichen Impulsen, also kleiner als T₀-AT_n,,, ist. In dieser Hochlaufphase des Integrators 14 wird ein Spannungswert Uh erreicht, der größer ist als die benötigte maximale Ausgangsspannung des Integrators 14. Nach Ablauf der Zeitspanne T_K wird der Schalter 51 wieder geöffnet, der Schalter 52 jedoch durch den Impuls Ti des Steuergliedes 13 geschlossen. Damit liegt nunmehr die positive Spannung Ur über den Widerstand R 7 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15, wodurch die an der Klemme 19 anliegende Integratorspannung Un abzusinken beginnt Die ansteigende Flanke des Impulses /_n+i führt zum Abfall des Signals T₂. wobei der Schalter 52 wieder geöffnet wird. Die Abintegration des Integrators 14 ist n tomit beendet An der Integratorausgangsklemme 19

*5 liehen Impulsen am Modulator durch den maximal zulässigen positiven Wert der analogen Meßspannung Urntß hervorgerufen wird. Besteht im Rahmen eines Demodulationszyklus zwischen zwei einheitlichen Impulsen der Normalabstand To, weist auch die Ausgangsso klemme 19 des Integrators 14 den Spannungswert Null auf, wie die am Eingang des Modulators 1 anstehende analoge Spannungsgröße Umee- Besteht zwischen zwei aufeinanderfolgenden einheitlichen Impulsen der maximal mögliche Abstand To + AT_mtx, führt die Abintegration durch einen lang andauernden Schluß des zweiten Schalters 52 zur maximal möglichen negativen Ausgangsspannung — Umet nox an der Ausgangsklemme 19 des Integrators 14. Diese an der Klemme 19 anliegenden Spannungswerte werden in den Momentanwertspeicher 16 übernommen und können an dessen Ausgangsklemme 18, die den Ausgang des Demodulators 12 bildet, abgegriffen werden.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß durch die Erfindung eine Anordnung zum impulsmäßigen Über-

tragen analoger Spannungswerte zur Verfügung steht die mit geringem Aufwand eine präzise Übertragung de, inalogen Meßspannung gestattet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum impulsmäßigen Übertragen von analogen Spannungswerten beider Polaritäten, bei der ein am Anfang des Obertragungsweges angeordneter Modulator die analogen Spannungswerte in eine Impulsfolge umwandelt, in der jeder Impuls gleiche Amplitude und gleiche Dauer hat und in der der Abstand jedes Impulses zum vorangehenden Impuls je nach Polarität des to analogen Spannungswertes gegenüber dem beim analogen Spannungswert Null vorgegebenen Normalabstand um eine zu dem im Abtastzeitpunkt vorhandenen analogen Spannungswert proportionale Zeitspanne verkürzt oder verlängert ist, und bei der is ein am Ende des Übertragungsweges angeordneter Demodulator die Impulsfolge wieder in analoge Spannungswerte zurückwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß im Modulator ein Vergleichsglied (7) vorgesehen ist, das die Ausgangsspannung (U) eines Integrators (2) mit der Ausgangsspannung (UA) eines Sunsnjierverstärkers (4) vergleicht, der die Summe einer konstanten Bezugsspannung (-Ub) sowie der analogen Spannungsgröße (U_mcß) bildet, und daß das Vergleichsglied (7) jeweils bei erreichter Spannungsgleichheit der zu vergleichenden Spannungen (UZ U4) einen Schalter (8) betätigt, der während einer vorgegebenen konstanten Zeitspanne (Tr) das Zurücksetzen der Integratorspannung (U2) auf den Wert Null sowie die Abgabe eines der Impulse (I_n, I„+\,...) bewirkt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) eine monostabile Kippstufe ist

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (8) einen weiteren Schalter (SIl) betätigt, der den Integrationskondensator (Cl) des Integrators (2) kurzschließt

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 *° bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung (- Ub) des Integrators (2) mit der konstanten Bezugsspannung (— Ub) übereinstimmt

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsweg die Lichtstrecke eines Opto-Kopplers dient.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Demodulator ein Integrator (14) vorgesehen ist, dessen Eingang alternativ Ober einen ersten Schalter (51) so an eine negative Ladespannung (- Ur) oder Ober einen zweiten Schalter (52) an eine positive Ladespannung (+ i/_Ä>anschlieflbaf ist, daß dem Ausgang (19) des Integrators (14) ein Momentanwertspeicher (16) Ober einen dritten Schalter (53) nachgeschaltet ist, daß ein vierter Schalter (54) zur Überbrückung des Integrationskondensators (Cl) vorgesehen ist, daß der Ausgang (18) des Momentanwertspeichers (16) den Ausgang des Demodulators (12) bildet und daß die Schalter (51,52,53,54) durch ein Steuer- ^M glied (13) betätigbar sind, dessen Eingang (31) die dem Übertragungssystem (iÖ) entnehmbaren Impulse (I_n In*2,...) zugeführt sind.

7. Verfahren zum Betrieb eines Demodulators in einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Demodulationszyklus durch das Steuerglied (13) mit der abfallenden Flanke eines ersten (U) der demodulatorseitig eingehenden Impulse (I_n J„+_u /_n+J) der erste Schalter (51) für eine vorgegebene Hochlaufzeit (Tk) geschlossen wird, daß dabei die Hochlaufzeit (Tk) kürzer ist als der durch den Modulationshub erreichbare kürzestmögliche Zeitabstand (To— T_m,) zwischen zwei Impulsen und am Ende der Hochlaufzeit (Tk) die Integratorspannung größer (Un) ist als die benötigte maximale Ausgangsspannung des Demodulators (12), daß nach Ablauf der Hochlaufzeit (T_K) der erste Schaltor (51) geöffnet und dev zweite Schalter (S 2) für eine Abintegrationszeit (T_n-T_K) geschlossen wird, die mit dem Eintreffen der ansteigenden Flanke des folgenden zweiten Impulses (/„+1) beendet wird, daß mit der abfallenden Flanke des zweiten Impulses (I_n+\) der dritte Schalter (S3) für eine Übertragungszeit (T„+\) geschlossen wird, die mit der ansteigenden Flanke des folgenden dritten Impulses (fn+2) endet, und daß während der Dauer des dritten Impulses (Tr) der vierte Schalter (54) zur Entladung des Integrationskondensators (C2) geschlossen wird und daß mit der abfallenden Ranke des dritten Impulses (/,J₊₂) ein neuer Demodulationszyklus eingeleitet wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Schalter (S 1,52,53, 54) Halbleiterschalter sind.

9. Demodulator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet daß das Steuerglied (13) den Eingang des Demodulators (12) bildet, daß das Steuerglied (13) ein erstes (22) und ein zweites (23) /K-Speicherglied aufweist, daß die vom Übertragungssystem (10) übertragenen Impulse (I_n. In+1, /_B+2,...) dem dynamischen Eingang (T) des zweiten /AT-Speichergliedes (23) und über ein Invertierglied dem dynamischen Eingang (T) des ersten /K-Speichergliedes (22) zugeführt sind, daß die antivalenten Ausgänge (Q, Q) des ersten JK-Speichergliedes (22) auf die betreffenden Vorbereitungseingänge (/, K) des zweiten /K-Speichergliedes (23) zurückgeführt sind, άφ der eine Ausgang (Q) des zweiten //i-Speichergiiedes (23) mit dem Eingang einer monostabilen Kippstufe (2S) verbunden ist, deren Ausgang (Q) mit dem ersten Schalter (51) in Verbindung steht daß der eine Ausgang (Q) des ersten //f-Speichergliedes (22) sowie der invertierte (26) Ausgang (Q) der Kippstufe (25) konjunktiv (27) verknüpft mit dem zweiten Schalter (52) verbunden sind, daß der andere Ausgang (Q) des zweiten //C-Speichergliedes (23) mit dem dynamischen Eingang (T) des ersten /K-Speichergliedes

(22) konjuktiv (28) verknüpft mit dem Steuereingang des dritten Schalters (53) verbunden ist und daß der andere Ausgang (Q) des zweiten /K-Speichergliedes

(23) mit dem dynamischen Eingang (T) des zweiten /K-Speichergliedes (23) konjunktiv (29) verknüpft mit dem Steuereingang des vierten Schalters (54) verbunden ist