DE2734303C3 - Regenerator für ein pulsförmiges periodisches Taktsignal - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenerator für ein pulsförmiges periodisches Taktsignal variabler ^v> Frequenz für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten-, Meß- und Datentechnik unter Verwendung eines das zu regenerierende Taktsignal in eine dreieckförmige Signalfolge umformenden Integrator und einer dem Integrator nachfolgenden, das regenerierte Taktsignal aus den Nulldurchgängen der dreieckförmigen Signalfolge ableitenden Begrenzerschaltung mit Verstärkereigenschaften.

Insbesondere bei Übertragungssystemen für den mobilen Funk werden sogenannte Aufbaukonzepte ^M bevorzugt, die es bei Mehrkanalbetrieb ermöglichen, wahlweise zwei und mehr, jeweils eine Endstelle für eine bestimmte Kanalzahl darstellende Grundgeräte für eine größere Anzahl von Übertragungskanälen nach Bedarf zu Multiplexsystemen höherer Ordnung zusammenzufügen. In diesem Falle ist es angebracht, für sämtliche miteinander zusammenarbeitende Grundgeräte nur einen Taktgenerator eines Grundgerätes zu benutzen. Der Takt läuft dann über sämtliche in einer Endstelle oder einer Zwischenstelle zusammengeschalteten Grundgeräte.

Je mehr Grundgeräie bei dieser auch als »elektrische Stapelung« bezeichneten Zusammenschaltung zum Aufbau von Multiplexsystemen höherer Ordnung in End- und Zwischenstellen vereinigt werden, umso größerer Veränderung ist der sie durchlaufende Takt ausgesetzt Mit anderen Worten kann hierdurch das Tastverhältnis des Taktsignals in unzulässig starker Weise verändert werden. Es ist daher erforderlich, den Takt jeweils beim Durchlaufen eines Gerätes oder nach Durchlauf von zwei und mehr Geräten zu regenerieren.

Für die Regenerierung kommen übliche Pulsregeneratoren, wie sie für Zwischenstellen von mit Pulscodemodulation arbeitenden Zeitmultiplexsystemen allgemein bekannt sind, nicht in Frage, weil die Taktfrequenz abhängig ist vom Grad der »elektrischen Stapelung« der zu einem System höherer Ordnung zusammengeschalteten Grundgeräte.

Durch die DE-OS 20 13 493 ist ein Regenerator der einleitend genannten Art bekannt, bei dem der Integrator über eine Gleichstromkopplung mit der Begrenzerschaltung verbunden ist und bei dem die Eingangsschaltung, der Integrator und die Begrenzerschaltung in Gegentaktschaltung mit einem Ausgangsübertrager ausgeführt sind. Die Gegentaktschaltung bringt zwar einen Ausgleich hinsichtlich der Temperaturkoeffezienten der einzelnen Komponenten, hat jedoch den Nachteil, daß sich eine solche Schaltung im Hinblick auf den Ausgangsübertrager nicht in integrierter Technik ausführen läßt und einen relativ großen Platzbedarf hat

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, für einen Regenerator für ein pulsförmiges periodisches Taktsignal variabler Frequenz der geschilderten Art eine weitere Lösung anzugeben, die sich bei geringem Schaltungsaufwand und guten Temperatureigenschaften in integrierter Form realisieren läßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Regeneratoreingang von den einander parallel geschalteten Eingängen eines ersten und eines zweiten Integrators gebildet ist. die ausgangsseitig mit je einem der beiden Eingänge eines die Begrenzerschaltung mit Verstärkereigenschaften bildenden Differenzverstärkers, dessen Ausgang den Regeneratorausgang abgibt, in Verbindung stehen und daß durch geeignete unterschiedliche Bemessung der Zeitkonstanten des ersten und des zweiten Integrators gewährleistet ist, daß die aufeinanderfolgenden Wechsel der Pulsamplitude des zu regenerierenden Taktsignals am Ausgang des ersten Integrators wirksam sind und am Ausgang des zweiten Integrators ein Gleichstrommittelwert ansteht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich mit Hilfe von zwei, die Integratoren darstellenden einfachen ÄC-Gliedern und einem als Spanniingsver^ gleicher dienenden Differenzverstärker insbesondere das Tastverhältnis 0,5 der auf die Pulsperiode bezogenen Pulsdauer eines pulsförmigen Taktsignals in einem relativ großen Frequenzbereich mit guter Näherung dann regenerieren läßt, und zwar bei guten Temperatureigenschaften, wenn dem einen Eingang des Differenzverstärkers über den ersten Inteerator das zu

entzerrende Taktsignal, durch geeignete Wahl der Zeitkonstante, in Form eines Dreieckssignal« und seinem anderen Eingang Ober den zweiten Integrator, durch eine entsprechend groß gewählte Zeitkonsiante, der zeitliche Mittelwert des zu entzerrenden Taktsignals als Vergleichsspannung engeboten werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, am Ausgang des ersten Integrators einen zweiseitigen Amplitudenbegrenzer für die Wechselspannungskomponente seines Ausgangssignals vorzusehen. Auf diese Weise lassen sich störende Einflüsse auf das Regenerationsergebnis durch zeitliche Frequenzschwankungen des Taktsignals (Jitter) in wünschenswerten Grenzen halten.

Eine weitere Verbesserung des Erfindungsgegenstandes wird dann erreicht, wenn der für die Arbeitspsinkteinstellung maßgebliche Anschluß des am Ausgang des ersten Integrators vorgesehenen Amplitudenbegrenzers über wenigstens einen Koppelwiderstand mit dem Regeneratorausgang verbunden ist, der hierbei mit dem zum Ausgangssignal des ersten Integrators inversen regenerierten Taktsignal auf die den Arbdtspunkt festlegende elektrische Bezugsgröße einwirkt

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der für die Arbeitspunkteinstellung maßgebliche Anschluß des am Ausgang des ersten Integrators vorgesehenen Amplitudenbegrenzers an eine feste elektrische Bezugsgröße mit geeignetem Innenwiderstand angeschaltet Dieser Maßnahme kommt dann besondere Bedeutung zu, wenn von einer ausreichenden Stabilität der Versorgungsspannungen gegenüber Netzspannungsschwankungen ausgegangen werden kann.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 die Funktion der Schaltung nach Fig. 1 erläuternde Spannungsdiagramme,

F i g. 3 eine Weiterbildung der Schaltung nach F i g. 1,

F i g. 4 d'e Funktion der Schaltung nach F i g. 3 erläuternde Spannungsdiagramme,

Fig.5 ein weiteres, die Regenerierung des Tastverhältnisses abhängig von der Taktfrequenz erläuterndes Diagramm.

Die Schaltung nach F i g. 1 weist einen Differenzverstärker DV auf, dessen invertieremfor (—) und dessen nicht invertierender (+) Eingang mit dem Ausgang eines ersten und eines zweiten Integrators /1 und /2 verbunden ist Die beiden Integratoren sind eingangsseitig zum Eingang des Regenerators einander parallel geschaltet Beide Integratoren IX und Il bestehen jeweils aus einem Halbglied mit einem Widerstand R X bzw. Rl im Längszweig und einem Kondensator CX bzw. Cl im Querzweig. Die am Eingang anliegende Spannung t/0 stellt das zu regenerierende Taktsignal dar. Das regenerierte Taktsignal ist am Ausgang des Differenzverstärkers DVmh t/3 angegeben.

In F i g. 2 ist über der Zeit t die Amplitude A, und zwar im Diagramm a, die Amplitude des zu regenerierenden Taktsignals aufgetragen. Es ist angenommen, daß das ursprüngliche Tastverhältnis der Spannung UO 0,5 war und nun in der Schaltung nach Fig. I regeneriert werden soll. Die Spannungen t/l und L/2 am Ausgang des ersten und zweiten Integrators /1 und /2 sind im Diagramm b dargestellt. Die relativ klein gewählte Zeitkonstante Ri Ci des ersten Inverters /I bewirkt eine sägezahnförmige Spannung t/l, die am nicht invertierten Eingang des Differenzverstärkers DV anliegt Die Zeitkonstante RI Cl des zweiten Integrators /2 ist sehr viel größer gewählt als die Zeilkonstante Al Ci, so daß die Spannung Ul am Ausgang dieses Integrators lediglich den Gleichstrom-) mittelwert darstellt Dieser Gleichstrommittelwert steht als Vergleichsspannung am invertierten Ausgang des Differenzverstärkers DV. Der einen Operationsverstärker derstellende Differenzverstärker DVschaltet seine Ausgangsspannung jeweils in den Zeitpunkten um, in

lu denen die Spannung U\ die Bezugsspannung t/2unter- bzw. überschreitet Da eine Sägezahnwelle der Spannung Ui zeitlich gleich lang positiver ist als die Bezugsspannung i/2, wie die andere Halbwelle kleiner ist als die Bezugsspannung t/2, ergibt sich für die Spannung t/3 am Ausgang des Differenzverstärkers unabhängig vom Tastverhältnis des zu entzerrenden Taktsignals eine Rechteckimpulsfolge in Gestalt der Spannung t/3 mit einem Tastverhältnis 0,5 entsprechend Diagramm c

Muß mit größeren augenblicklich?·: Schwankungen der Frequenz des Taktsignals gerechnet werden, was mitunter der Fall ist hat die Schaltung nach F i g. 1 den Nachteil, daß sie derartige Jitterstörungen verstärkt In den Diagrammen der F i g. 2 ist eine solche Jitterstorung in unterbrochener Linie eingetragen. Wie ein Vergleich der Diagramme a und c zeigt tritt in diesem Falle eine Verstärkung der Jitterstörung im Diagramm c auf, die hierbei durch den sägezahnförmigen Verlauf der Spannung Ul bedingt ist

Diese unerwünschte Verstärkung des Jitters im regenerierten Taktsignal am Ausgang des Differenzverstärkers wird durch die in F i g. 3 dargestellte Schaltungsvariante beseitigt Die Schaltung nach Fig.3 unterscheidet sich von der Schaltung nach F i g. 1 durch einen zweiseitigen Amplitudenbegrenzer am Ausgang des ersten Integrators IX in Gestalt zweier gegeneinander geschalteter Dioden DX und Dl, die über den Kondensator C3 mit Bezugspotential verbunden sind. Ferner ist der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Dioden D1 und D 2 mit dem Kondensator C3 über den relativ hochohmigen Widerstand R 3 mit dem Ausgang des Differenzverstärkers D Vverbunden. Auch unterscheidet sich die Schaltungsvariante nach Fig.3 von der Schaltung nach F i g. 1 dadurch, daß nunmehr die Ausgänge der beiden Integratoren M und Il mit den Eingängen des Differenzverstärkers vertauscht sind und dem Ausgang des Differenzverstärkers DV noch der Inverter /Vnachgeschaltet ist Auf diese Weise wird erreicht, daß über den Widerstand R 3 das zum Ausgangssignal des ersten Integrators Ii invertierte regenerierte Taktsignal zurückwirkt Am Ausgang des Inverters /Vist diese Inversion wiederum aufgehoben.

In den Diagrammen d, e, f der Fig.4 sind entsp.eckend Fig. 2 über der Zeit im Diagramm d die Eingangsspannung t/0, im Diagramm e die Ausgangsspannung UY des ersten Integrators, die Ausgangsspannung Ul des zweiten Integrators und die Spannung t/4 am Kondensator C3 sowie im Diagramm f die Spannung U% am Ausgang des Differenzverstärkers aufgetragen. Wie das Diagramm e zeigt, wird nunmehr am Ausgan? des ersten Integrators /1 die sägezahnförmige Wechselspannungskompon^nte begrenzt, und zwar bezogen auf die den Arbeitspunkt der Dioden darstellende Spannung t/4 jeweils dann, wenn

μ die Wechselkomporfnte die Durchlaßspannung der Diode Di bzw. der Diode Dl überschreitet. Die Sägezahnspannung wird auf diese Weise in erster Näherung in eine Trapezspannung umgewandelt, mit

der Folge, daß ein auftretender Jitter — unterbrochene Linien — bei der Spannung UO nach Diagramm d sich bei der Spannung L/5 nach Diagramm f nicht größer auswirken kann.

Während sich in der Schaltung nach Fig. 3 am Ausgang des Integrators /2 der Gleichstrommittclwert in Form der Spannung U2 der Eingangsspannung UO einstellt, ist die Spannung U4 am Kondensator C3 gleich dem Mittelwert zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert der Spannung UV. Ist das Tastverhältnis der Spannung LO größer (kleiner) als 0,5, dann ist die Spannung U4 kleiner (größer) als die den Gleichstrommittelwert darstellende Spannung UT.. Bei einem Tastverhältnis von 0,5 sind beide Spannungen Ul und U4 gleich groß. Durch die Rückführung der Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers DV über den Widerstand RZ /um Kondensator C3 läßt sich das Ergebnis der Regenerierung des eingangsseitigen Taktsignals noch weiter verbessern. Ist das Tastverhältnis des zu regenerierenden Eingangssignals größer (kleiner) als 0,5. dann steigen die Spannungen UV und L/4 weniger stark an als ohne diese Rückführung über den Widerstand R 3. Es läßt sich auf diese Weise eine vollständige Regeneration des Tastverhältnisses 0.1 erreichen. Mit anderen Worten wird über die P.ückfüh rung der nichtlineare Anstieg und Abfall der Spannung UV im Hinblick auf das gewünschte Rcgenerationser gebnis kompensiert.

Die gleiche Verbesserung läßt sich mit «inerr Spannungsleiler erreichen, über den der gemeinsame Verbindungspunkt der Dioden Dl, D 2 mit den Kondensator C3 an eine feste Spannung gelegt wird die so bemessen ist, daß sie dem gewünschter Regenerationsergebnis entspricht.

In F i g. 5 ist über dem Tastverhältnis TVe dei F.ingangsspannung UO das Tastverhältnis TVa dei Ausgangsspannung des Regenerators aufgetragen, um zwar für drei verschiedene Frequenzen, nämlich I MHj und 0,25 MHz. Wie sich zeigt, läßt sich eine vollständige Regeneration des Tastverhältnisses nur für eint bestimmte maximale Taktfrequenz einstellen. Mil abnehmender Frequenz nimmt die Regenerationsfähig keit stetig ab. Dies ist jedoch kein Nachteil, da in dei Praxis mit abnehmender Taktfrequenz auch die von der durchlaufenden Geräten verursachten prozentualer Verfälschungen des Tastverhältnisses abnehmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Regenerator für ein pulsförmiges periodisches Taktsignal variabler Frequenz für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten-, Meß- und Datentechnik unter Verwendung eines das zu regenerierende Taktsignal in eine dreieckförmige Signalfolge umformenden Integrators und einer dem Integrator nachfolgenden, das regenerierte Taktsignal aus den Nulldurchgängen der dreieckförmigen ^|u Signalfolge ableitenden Begrenzerschaltung mit Verstärkereigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeneratoreingang von den einander parallel geschalteten Eingängen eines ersten und eines zweiten Integrators (Tl, T2) ¹^ gebildet ist, die ausgangsseitig mit je einem der beiden Eingänge eines die Begrenzerschaltung mit Verstärkereigenschaften bildenden Differenzverstärkers (DV), dessen Ausgang des Regeneratorausgang abgibt, in Verbindung stehen und daß durch geeignete unterschiedliche Bemessung der Zeitkonstanten des ersten und des zweiten Integrators gewährleistet ist, daß die aufeinanderfolgenden Wechsel der Pulsamplitude des zu regenerierenden Taktsignals (UO) am Ausgang des ersten Integrators ^ wirksam sind und am Ausgang des zweiten Integrators ein Gleichstrominittelwert ansteht

2. Regenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des ersten Integrators (11) ein zweiseitiger Amplitudenbegren- ^J0 zer (D 1, D 2) für die Wechselspannungskomponente seines Ausgangssignals vorgesehen ist.

3. Regenerator ηίά\ Aniijoich 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß d?r für die Arbeitspunkteinstellung maßgebliche Anschluß ies am Ausgang des ^r> ersten Integrators (71) vorgesehenen Amplitudenbegrenzers (Dl, D 2) über wenigstens einen Koppelwiderstand (R 3) mit dem Regeneratorausgang verbunden ist, der hierbei mit dem zum Ausgangssignal des ersten Integrators inversen regenerierten Taktsignal auf die den Arbeitspunkt festlegende elektrische Bezugsgröße einwirkt.

4. Regenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Arbeitspunkteinstellung maßgebliche Anschluß des am Ausgang des ersten Integrators (71) vorgesehenen Amplituden-Begrenzers (DX, D2) an eine feste elektrische Bezugsgröße mit geeignetem Innenwiderstand angeschaltet ist.

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