DE2646367A1

DE2646367A1 - Detektor von uebergaengen eines signals

Info

Publication number: DE2646367A1
Application number: DE19762646367
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Van Uffelen
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1975-10-27
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1977-05-05
Also published as: GB1505059A; FR2330206B1; CA1081788A; JPS5254359A; FR2330206A1; JPS5931898B2; DE2646367C2; US4079327A

Description

PHF 75596 mels/jv/ms

Dr. i5.-.-t'.-rt Srhe^ · 26-8-1 976

Anmelder: T.R.T.

Akte no.= PHF 75-596

Detektor von Übergängen eines Signals

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor von Übergängen eines Signals zur Lieferung von Impulsen, die die Zeitpunkte des Durchgangs eines Signals durch einen Schwellwert kennzeichnen, wobei dieser Detektor eine Vergleichsschaltung enthält, die das Signal mit dem Schwellwert vergleicht und ein rechteckiges Signal liefert, dessen Wert dem Vorzeichen des Unterschiedes zwischen dem Signal und dem Schwellwert entspricht, wobei diese Vergleichsschaltung mit einer Integrationsschaltung verbunden ist, die ein Signal liefert, das in Abhängigkeit von dem Tfert, des genannten rechteckigen Signals zu-oder abnimmt.

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Insbesondere wird ein derartiger Ubergangsdetektor in dem Empfänger eines Datenübertragungssystems verwendet, um den Ortstaktgeber des Empfängers auf die übergänge des empfangenen Datensignals nach zu regeln.

In der französischen Patentschrift 2.098.925 ist ein Ubergangsdetektor vom obengenannten Typ beschrieben, in dem die Übergänge der Daten, die mit den Flanken des Rechtecksignals zusammenfallen, als die Nulldurchgangszeitpunkte des von der Integrationsschaltung gelieferten Signals detektiert werden. Durch, diese Wirkung in bezug auf das rechteckige und integrierte Datensignal kann grundsätzlich in gewissem Masse vermieden werden, dass Streuübergänge infolge des Rauschens von denen das empfangene Datensignal beeinflusst werden kann detektiert werden, denn die Integration ist einer Filterung des Rauschens äquivalent. In diesem bekannten Detektor ist diese Filterung aber nicht optimal, weil der Integrator periodisch wieder auf Null gesetzt und bei bestimmten Vorderflanken des Signals des nachzuregelnden Taktgebers ausgeschaltet wird, wodurch die Integrationsdauer bis zu dem Nulldurchgang des integrierten Signals von dem Unterschied zwischen dem Datensignal und dem Taktgebersignal abhängig ist. Diese Integrationsdauer und somit die Filterung sind also veränderlich und können sogar auf

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Nul3. herabgesetzt werden. Ein anderer Nachteil der vorgenannten Vorrichtung ist der, dass sie nur Übergänge für einen beschränkten Unterschied zwischen dem Datensignal und dem Taktgebersignal detektiert; Damit sie bei grösseren Unterschieden noch arbeiten kann, muss ihr zusätzlich eine Vorrichtung zugeordnet werden, die das Fehlen detektierter Übergänge detektiert und eine gewisse Verschiebung des Taktgebersignals steuert, um eine befriedigende Wirkung zu erhalten.,·

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie einen Ubergangsdetektor verschaft, der eine optimale Filterung des Rauschens sichert und keine einzige Beschränkung in bezug auf die Unterschiede zwischen den Taktgebersignalen und den Datensignalen aufweist.

Nach der Erfindung ist der mit der Integrationsschaltung verbundene Ausgang der Vergleichsschaltung mit einem anderen Schaltungszweig verbunden, der die Reihenanordnung einer Verzögerungsschaltung und einer zweiten Integrationsschaltung enthält, die mit der ersten Integrationsschaltung identisch ist, und werden die Ausgangssignale der zwei Integrationsschaltungen einer Schaltung zugeführt, die die Gleichheit dieser beiden Signale detektiert, um die gewünschten Impulse zu liefern, Es ist günstig, diesen Ubergangsdetektor in

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digitaler Form auszubilden, indem insbesondere als Integrat 1 onsschaltungen Vorwärts /Rückwärtszähls chältungen von Taktimpulsen mit einer in bezug auf die Frequenz des· Datensignals verhältnismässig hohen Frequenz benutzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild des Ubergangsdetektors nach der Erfindung,

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung des Basisprinzips des Detektors nach der Erfindung, und

Fig. 3 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Detektors nach Fig'. 1 .

Der Eingangsklemme 1 des Übergangsdetektors nach der Erfindung, der in Fig. 1 dargestellt ist, wird ein Signal v(t) zugeführt. Nachstehend wird davon ausgegangen, dass es sich um das in einem Empfänger empfangene Datensignal handelt. Dieser Detektor dient zur Lieferung von Impulsen, deren Auftrittszeitpunkte die Zeitpunkte des Durchgangs des Signals v(t) durch einen Pegelschwellwert ν kennzeichnen. Die Klemme 1 ist mit s

einem Eingang der Vergleichsschaltung 2 verbunden, deren anderer Eingang die Schwellwertgleichspannung ν

empfängt.Der Ausgang der Vergleichsschaltung liefert . ein rechteckiges Signal v(t), das die lierte +V oder -V

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annimmt, je nachdem das Vorzeichen des Unterschiedes v(t) - ν positiv odemnegativ ist. Die Durchgänge des Signals v(t) durch den Schwellwert ν (oder die übergänge) treten zu den gleichen Zeitpunkten wie die Flanken des rechteckigen Signals V(t) auf.

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 2 ist mit einer Integrationsschaltung 3 verbunden, die ein Signal liefert, das in Abhängigkeit von dem Wert +V oder -V das rechteckigen Signals V(t) au—oder abnimmt. Da der Detektor nach Fig. 1 in digitaler Form ausgebildet ist, ist die Integrationsschaltung 3 ein Vorwärts/Rückwärtszähler, der an seiner Klemme h Taktimpulse empfängt, die von dem Generator 5 geliefert werden, und der diese Impulse in Abhängigkeit von dem Wert +V oder -V des rechteckigen Signals V(t), das seiner Steuerklemme 6 zugeführt wird, vorwärts oder rückwärts zählt. Die Frequenz der Taktimpulse ist selbstverständlich in bezug auf die Inverse der Dauer eines Elements des Signals v(t) verhältnismässig hoch. Der Inhalt des· Vorwärts/RückwärtszähleiS 3 ist eine binäre Zahl, deren η Elemente an seinen Ausgängen 3-j bis 3 zur Verfügung stehen.

In der vorgenannten französischen Patentschrift Nr. 2.Ο98.925 wird" der Vorwärts/Rückwärtszähler 3 periodisch auf Null zurückgesetzt und von Vorderflanken des Signals

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des Taktgebers ausgeschaltet, der auf die übergänge des empfangenen Datensignals nacligeregelt werden soll, und dann ergeben sich die obengenannten Nachteile.

In dem Detektor nach der .Erfindung wird der Vorwärts/Rückwärtszähler. 3 während dem Betrieb nie auf Null zurückgesetzt und wird der Ausgang der Vergleichsschaltung 2 ausserdem mit einer Verzögerungsschaltung

7 verbunden, die im Signal V(t) eine Verzögerungf herbeiführt. Diese Verzögerungsschaltung wird mit einer Integrationsschaltung 8 verbunden, die mit der Integrations schaltung 3 identisch ist. In dig'itaLer Form ist die Verzögerungsschaltung 7 ein Schieberegister mit N Elementen, das von Schiebeimpulsen,betrieben wird,

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die die Frequenz der Impulse des Generators 5 aufweisen, so dass die von der Verzögerungsschaltung 7 hervorgerufene Verzögerung^gleich N .At ist. Die Integrationsschaltung 8 ist ein Vorwärts/Rückwärtszähler, der an seiner Klemme 9 die Taktimpulse des Generators empfängt und derart gesteuert wird, dass er diese Impulse in Abhängigkeit νάιί dem Wert des Signals v(t), das Um^verzögert ist und seiner Steuereklemme 10 zugeführt wird, vorwärts oder rückwärts zählt. Der Inhalt des Vorwärts/Rückwärtszählers 8 ist eine binäre Zahl, deren η Elemente an seinen Ausgängen 8.. bis

8 zur Verfügung stehen.

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Die Ausgangs signale der beiden Int egrat ions schal tauigen 3 und 8, d.h. die binären Zahlen, die an den Ausgängen 3-j bis 3 und S₁ bis 8 verfügbar sind, werden der Schaltung 11 zugeführt, die die Gleichheit dieser beiden Signale detektiert; zu den Zeitpunkten der Gleichheit liefert diese Schaltung 11 an ihrem Ausgang die gewünschten Impulse", die die Übergänge des Datensignals kennzeichen.

Die Wirkung des eben beschriebenen "Ubergangsdetektors basiert auf den folgenden Betrachtungen:

- Das rechteckige Signal V(t), das von Vergleichsschaltung 2 geliefert wird, kann wie folgt geschrieben werden»

V(t) = Sgn j>(t) -V₈J,

wobei Sgn steht für "Vorzeichen von".

- Indem auf kontinuierliche Weise das Integral von V(t) während eines konstanten Zeitintervalls , d.h.

die Funktion

t
(1) P(t) P Sgn Hv(t)-v_sJ dt, berechnet wird, kann gezeigt werden, dass die Nulldurchgangszeitpunkte dieses Integrals, zu Zeitpunkten auftreten, die um ·Ύ in bezug auf die Übergänge des rechteckigen

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Signals V(t) verzögert sind, und also als die die Übergänge kennzeichnenden Zeitpunkte benutzt werden können.

Dies ist in Fig. 2 dargestellt, in der das Diagramm

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2a einen Teil <ies rechteckigen Signals V(t) zeigt, der die ¥erte +V und —V annehmen und zwei übergänge und Tr_p aufweisen kann. Das Diagramm 2b stellt die Funktion F(t) dar, die durcli die Formel (i) definiert wird, und es ist ersichtlich, dass diese Funktion zu Zeitpunkten ausgeglichen wird, die um — in bezug auf die Zeitpunkte verzögert sind, zu denen die Tibergänge Tr₁, Tr₂ auftreten.

Der Ubergangsdetektor nach der Erfindung wirkt also derart, dass er die Zeitpunkte detektiert, zu denen die Funktion F(t), die durch die Formel (i) definiert wird, ausgeglichen wird. Es sei bemerkt, dass auf diese Weise die Integrationszeit des Signals VJ[t) eine konstante Dauer aufweist und diese Integrationszeit kann derart gewählt werden , dass sie einer optimalen Filterung des empfangenen Datensignals entspricht. Für eine Datenübertragung mit der Geschwindigkeit 1/T ist die optimale Integrationszeit gleich T. Dieser ¥ert entspricht dem minimalen Rauschband, wenn Interferenzen zwischen Symbolen vermieden werden sollen.

Die in der Praxis in dem Detektor nach der Erfindung durchgeführten Vorgänge leiten sich von einer Zerlegung des Integrals der Formel (i) in zwei Integrale ab. Durch elementare Berechnungen kann nachgewiesen werden, dass:

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(2) F(t) = F_r(t) •wobei ,

Sgn£v(t)-00

F₂(t) =T Sgn jv(t) -t-)-v_sjdt t=-00

Die Funktion F (t) entspricht der Integration des Signals Sgn]^v(t)-v ^T , d,h. des rechteckigen Signals V(t), das von der Vergleichsschaltung 2 geliefert wird. Die Funktion F (t) entspricht der Integration des Signals Sgn£y(t-tT)-v ^ , d.h. eines Signals V(t-'V), das am Ausgang der Verzögerungsschaltung 7 erhalten wird, die v(t) um die Zeitf verzögert.

Um endgültig die Übergänge als die 'Zeitpunkte zu detektieren , zu denen die Funktion F(t) ausgeglichen wird, genügt es nach der Formel (2), die Zeitpunkte zu detektieren, zu denen F₁Ct) = F_p(t) ist. Dies wird im Schaltbild nach Fig. 1 mittels des numerischen Vergleichsschaltung 11 erhalten, der jeweils einen Impuls liefert, wenn die Zahlen an den Ausgängen der Vo.rwärts/Eückwärtszähler 3 und 8 dieselben sind. Jeder dieser Impulse kennzeichnet einen Ubex'gang des Datensignals und tritt', wie aus Obenstehendem ersichtlich ist, mit einer Verzögerung von — in bezug auf diesen Ub ergang auf.

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Die die Funktionen F₁(t) und F (t) bestimmenden Integrale werden nicht genau bekannt sein, es sei denn, dass die beiden Vorwärts-Rückwärtszähler 3 und 8 wenigstens beim Inbetriebsetzen des Detektors denselben Inhalt haben. Dies lässt sich auf einfache Weise dadurch herbeiführen, dass die beiden Zähler, einmalig, bei der Inbetriebsetzung des Detektors in die Nullstellung gebracht werden.

In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Funktionen F₁(t) und F„(t) in digitaler Form von den Vorwät'ts/Rückwärtszählern 3 und 8 berechnet, die auf kontinuierliche Weise arbeiten, ohne dass sie auf Null zurückgesetzt werden. Das Ergebnis dieser Integration steht zu jedem Zeitpunkt in Form einer binären Zahl an ihren Ausgängen 3-ι bis 3 und S₁ bis zur Verfügung.

Da jedoch die die Funktionen F (t) und F₂(t)

definierenden Integrale nur bis auf eine Konstante bekannt sind, ist es für die richtige Wirkung des Detektors notwendig, die Anforderung zu stellen, dass diese beiden Integrale mit derselben Konstante berechnet werden. Diese' Bedingung kann dadurch erfüllt werden, dass die Anforderung gestellt wird, dass die Funktion fp(t) zu gewissen Zeitpunkten t„ den Wert annimmt, den die Funktion F..(t) zu einem vorhergehenden Zeitpunkt t.. = t_? -

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aufwies. In. Pig. 1 wird dies dadurch, erzielt, dass in dem Speicher 13 der ¥ert der Zahl an dem Ausgang¹ des Vorwärts/RückwärtsZählers 3 ^zl* einem Zeitpunkt t₁ gespeichert wird, zu dem ein· Schreibimpuls auftritt, und dass der Ausgang des Vorwärts/Rtickwärtszählers 8 zwangsweise diesen Wert zu einem Zeitpunkt t~ = t-j+"|£ annimmt, zu dem ein Leseimpuls auftritt. Dazu sind die Ausgangsklemmen 3-t bis 3 des Vorwärts/ Rückwärt szähl er s 3 mit den Eingangskiemmen 14.. bis des Speichers 13 verbunden. Das Einschreiben der den Klemmen 14.. bis 14 zugeführten binären Zahl in den Speicherl3aE3Tfolgt zu dem Zeitpunkt zu dem an der Klemme 15 dieses Speichers ein Schreibimpuls auftritt. Übrigens wird die im Speicher 13 vorhandene binäre Zahl diesem Speicher entnommen, und den Klemmen 17., bis 17 des Vorwärts/Rückwärtszählers 8 zu dem Zeitpunkt zugeführt, zu dem an der Klemme 16 dieses Speichers ein Leseimp^mls auftritt, der in bezug auf den Schreibimpuls um ein Zeitintervallf verzögert ist. Dieser Leseimpuls wird zugleich der Steuerklemme 18 des Vorwärts/Rückwärtszählers 8 zugeführt, um zu bewirken, dass letzterer in einen vorbestimmten Zustand gebracht wird, der der den Eingängen 17-j bis 17 zugeführten binären Zahl entspricht.
Es ist genügend , dass diese Reihenfolge des Schreib- und

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des Leseimpulses einmal beim Inbetriebsetzen des Detektors auftritt. Diese Reihenfolge kann auch periodisch. erhalten werden.

Dazu ist ein Frequenzteiler I9 vorgesehen dex- die Frequenz "7ΓΤ der vom Generator 5 gelieferten Impulse durch N teilt und wird der Ausgang dieses Teilers derart gesteuert, dass Impulse mit einer Dauer At geliefert werden, die also mit der Periode N ;_%t auftreten. Die Leseimpulse werden am Ausgang eines UND-Gatters 20 erhalten, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Generators 5 bzw. mit dem Ausgang des Frequenzteilers 19 verbunden sind. Die Schreibimpulse werden am Ausgang eines UND-Gatters 21 erhalten, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Generators 5 über die Umkehrschaltung 22 bzw. mit dem Ausgang des Frequenzteilers 19 verbunden sind. Diese Vorrichtung ermöglicht es, Schreibimpulse und Leseimpulse mit einer Dauer —-— zu erhalten, die mit der Frequenz — auftreten,, >

NA t

Ein Leseimpuls folgt einem Schreibimpuls und wird von diesem durch N Perioden Δ. t getrennt.

Die Diagramme der Fig. 3 veranschaulichen die Wirkungsweise des Übergangsdetektors nach Fig. 1. Das Diagramm 3A stellt das rechteckige Datensignal "V^r(t) dar, das aus Elementen mit einer Dauer T zusammengesetzt ist, die die ¥erte +V oder —V annehmen.

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Das Diagramm'3B stellt dieses Signal V(t) mit einer Verzögerung von z.B. einer Zeitt gleich T dar. Im Diagramm 3c stellt die Treppenkurve a. das Ergebnis der Integration des Signals nach dem Diagramm 3-A- dar, wie es vom Vorwärts/Rückwärtszähler 3 geliefert wird, während die Treppenkurve b das Ergebnis der Integration des Signals nach dem Diagramm 3B darstellt, wie es vom Vorwärts/ Rückwärt s zähl er 8 geliefert wii-d. Die Schnittpunkte der Kurven a und b kennzeichnen die übergänge des Signals V(t) nach dem Diagramm ^A und treten mit einer Verzögerung von ~ in bezug auf diese übergänge auf. Das Diagramm 3E zeigt die entsprechenden Impulse Tr₁V-Ib is Tr- die von der Vergleichsschaltung 11 geliefert werden.

Im Diagramm.3C wird angenommen, dass die

Vorwärts/Rückwärtszähler 3 und 8 eine derartige Kapazität aufwiesen, dass die oberen und unteren Zählgrenzen nie erreicht werden .

Der erfindüngsgemässe Detektor kann jedoch auch mit Vorwärts/Rückwärtszählern mit einer beschränkten Kapazität arbeiten, so dass die oberen und unteren Zählgrenzen erreicht werden, vorausgesetzt, dass diese Kapazität grosser als die maximale Anzahl N der Impulse ist, die während der Zeitdauer^, die im vorliegenden Falle gleich T ist, gezählt werden.

Das Diagramm 3D zeigt einen derartigen Fall. Ί

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In diesem Diagramm ist für die Vorwärts/Rückwärtszähler

N" und 8 eine Zählkapazität gleich 3 ~Z gewählt, wobei die

3N unteren und oberen Zählgrenzen dann 0 und "— sind. Die Treppenkurve c, stellt den Inhalt des Zählers 3.dar»Diese Kurve, die dem Integral des Signals V(t) des Diagramms 3A entspricht, weist zu jedem Zeitpunkt die gleiche Neigung wie die Kurve a des Diagramms 3C auf, aber besitzt an gewissen Stellen Diskontinuitäten; wenn die äusserste Lage 0 oder ~— des Zählers während der Dauer eines Elements des rechteckigen Signals V(t) erreicht wird,

3N wird dieser Zähler in die andere äusserste Lage -^ oder

versetzt. Dieser Betriebsmodus ist fur einen Vorwärts/ Rückwärtszähler gebräuchlich. Die Kurve d, die den Inhalt des Zählers 8 darstellt, ist auf gleiche Weise, ausgehend von dem rechteckigen Signal des Diagramms 3t>» aufgebaut. Die Schnittpunkte der Kurven c und d treten zu denselben Zeitpunkten wie die der Kurven an und b des Diagramms 3C auf und kennzeichnen auf gleiche Weise die übergänge des rechteckigen Signals V(t).

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Leerseite

Claims

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PATENTANSPRXTCHE:

1 ./ Detektor von Übergängen eines Signals zur Lieferung

von Impulsen, die die Zeitpunkte des Durchgangs eines Signals durch einen Schwellwert kennzeichnen, wobei diesel· Detektor eine Vergleichsschaltung enthält, die das Signal mit dem Schwellwert vergleicht und ein rechteckiges Signal liefert, dessen Wert dem Vorzeichen des Unterschiedes zwischen dem Signal und dem Schwellwert entspricht, wobei diese Vergleichsschaltung mit einer ersten Integrationsschaltung verbunden ist, die ein Signal liefert, das in Abhängigkeit von dem Yert des genannten rechteckigen Signal zu- oder abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Integrationsschaltung verbundene Ausgang der Vergleichsschaltung mit einem anderen Schaltungszweig verbunden ist, der die Reihenanordnung einer Verzögerungsschaltung und einer;· zweiten Integrationsschaltung enthält, die mit der ersten Integrationsschaltung identisch ist, wobei die Ausgangssignale der beiden Integrationsschaltungen einer Schaltung zum Detektieren der Gleichheit dieser beiden Signale zugeführt werden, um die gewünschten Impulse zu liefern.
2. Übergangsdetektor nach Anspruch 1, dadui'ch gekennzeichnet, dass die beiden Iiitegrationsschaltungen je als eine Vorwärts/Rückwärtszählerschaltimg ausgebildet sind, die Taktimpulse je nach dam Wert des genannben rechteckigen

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t-

SigTUils vorwärts und. rückwärts zählt.
3. Ubergangsdetektoi' nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Aus gangs signale dex" Integrationsschaltungen untere oder obere Integrationsgrenzen erreichen, diese Signale automatisch in einen der anderen Grenze entsprechenden Zustand gebracht werden. h, Ubergangsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher vorgesehen ist zum Speichern des Signalwertes des von der ersten Integrationsschaltung gelieferten Signals zu einem gegebenen Zeitpunkt und dass Steuermittel vorgesehen sind welche den 'dass gespeicherten Signalwex-t zur zweiten Integrationsschaltungübertx-agen nach einem der von der Verzögerungsschaltung herbeigeführten Verzögerung"£/* entsprechenden Zeitabschnitt.

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