DE2804490A1

DE2804490A1 - Impulsformer

Info

Publication number: DE2804490A1
Application number: DE19782804490
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Irnsperger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-02
Filing date: 1978-02-02
Publication date: 1979-08-09
Also published as: DE2804490C3; DE2804490B2

Description

Impulsformer
Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsformer zur Erzeugung steiler Rechteckimpulse.
Die Träger- und Pilotfrequenzen in Nachrichtenübertragungssystemen werden von einem hochkonstanten Quarzoszillator (Grundgenerator) abgeleitet. Zur Ansteuerung der dabei verwendeten digitalen Schaltkreise benötigt man Rechteckspannungen. Liegt die Eingangsspannung in Sinusform vor, muß ein Impulsformer davorgeschaltet werden. In der Steuerfrequenzeinrichtung für TF-Systeme sollen Impulsformer möglichst folgende Forderungen erfüllen.
1. Bei Ansteuerung mit einer sinusförmigen Spannung sind Amplitude und Phase der erzeugten Rechteckspannung in einem bestimmten Bereich unabhängig von der Amplitude der Eingangsspannung.
2. Bei fehlender Ansteuerung liegt die Ausgangsspannung definiert auf einem vorgegebenen Potential.
Um die erste Forderung erfüllen zu können ist es notwendig, die Sinusspannung in den Nulldurchgängen (größte Steilheit) zu schalten, also Verstärker ohne Hysterese zu verwenden. Mit Differenzverstärkern, Operationsverstärkern oder CMOS-Gattern mit Puffer lassen sich einfache Impulsformer aufbauen, die schon bei sehr kleinen Eingangsspannungen und über einen weiten Temperaturbereich die geforderten Impulsfolgen liefern. Man erhält dabei gute AM-Störbefreiung; eine Amplituden-Phasen-Konversion wird vermieden. Schalter mit steiler Ubertragungskennlinie sind sehr empfindlich, so daß bei Ausfall der Eingangsspannung bereits durch Rauschen Rechteckimpulse entstehen können. Durch die Verwendung eines Differenzverstärkers mit positiver Rückkopplung, eines sogenannten Schmitt-Triggers, könnte man diese Empfindlichkeit entsprechend der vorhandenen Hysterese verkleinern. Es zeigt sich jedoch, daß Schmitt-Trigger bei sinusförmiger Ansteuerung ebenfalls einen kritischen Bereich aufweisen. Er wird erreicht, wenn die Eingangsspannung ungefähr gleich dem Wert der Schalthysterese wird (EN"' UH=U1-U2).
Schon sehr kleine Amplitudenänderungen (z.B. Störspitzen, geringe AM) ergeben dann falsche Impulse.
Als Ausgangsspannung erhält man dann anstatt einer periodischen Rechteckimpulsfolge eine Pulsfolge, bei der in unregelmäßigen Abständen Impulse fehlen bzw. ausgelöst werden. Die abgegebene Frequenz ist im Mittel zu niedrig. Mit einem Schmitt-Trigger als Impulsformer kann man zwar den undefinierten Arbeitsbereich verkleinern aber nicht vermeiden. Gleichzeitig aber werden dabei die Eigenschaften des Impulsformers verschlechtert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Impulsformer zu schaffen, der eine periodische Spannung in eine Rechteckspannung umwandelt, wobei Amplitude und Phase der Ausgangsspannung in einem vorgegebenen Bereich unabhängig von der Amplitude der Eingangsspannung sein sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung der Impulsformer derart ausgebildet, daß die umzuformende Wechselspannung sowohl einem elektronischen Schalter mit steiler Ubertragungscharakteristik als auch einem Gleichrichter zugeführt ist, daß der Gleichrichter einen Schmitt-Trigger steuert, dessen Ausgang mit dem elektronischen Schalter so verbunden ist, daß bei Unterschreiten eines Grenzwertes der umzuformenden Wechselspannung der elektronische Schalter blockiert wird.
Durch diese Maßnahmen erhält man einen Impulsformer, bei dem bezüglich der Ausgangsspannung keine kritischen Bereiche auftreten.
Als elektronische Schalter können dabei Differenzverstärker, wie z.B. Operationsverstärker, CMOS-Gatter und dergleichen verwendet werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Schmitt-Trigger aus einem ODER-Gatter, dessen beide Eingänge miteinander verbunden und über einen ersten ohmschen Widerstand angesteuert sind, und eine die beiden Eingänge mit dem Ausgang des ODER-Gatters verbinden, zweiten ohmschen Widerstand besteht, und daß der elektronische Schalter ebenfalls ein ODER-Gatter ist, dessen erster Eingang von der umzuformenden Wechselspannung über eine Reihenschaltung eines dritten ohmschen Widerstandes und eines Kondensators und dessen zweiter Eingang vom Ausgang des Schmitt-Triggers angesteuert ist.
Dabei kann der erste Eingang des als elektronischen Schalter verwendeten ODER-Gatters an den Abgriff eines Spannungsteilers liegen, der zwischen den beiden Polen der Versorgungsspannung angeschaltet ist.
Dadurch wird mit einfachen Schaltmitteln eine Rechteckspannung mit sehr steilem Flankenanstieg erhalten.
Anhand der Ausführungsbeispiele nach den Fig.1 und 2 wird die Erfindung näher erläutert.
Die Fig.1 zeigt das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung. Die Eingangsspannung liegt direkt am Eingang des Schalters. Die gleichgerichtete Eingangsspan-A nung UE wird auf einen Schmitt-Trigger gegeben, der bei A Pegelabfall oder -ausfall UE zu UAus den Schalter sperrt.
Durch die Schaltung wird erreicht, daß bei Spannungswerten, bei denen der Impulsformer nicht mehr definiert arbeitet UE < UD der Ausgang gesperrt ist.
Kritische Bereiche können nicht auftreten. Die beiden Forderungen: Schalten im Nullpunkt und definiertes Ausgangspotential bei Ausfall der Ansteuerung sind somit erfüllt.
In Fig.2 ist eine Schaltung mit CtIOS-Gattern angegeben.
Stromverbrauch und Platzbedarf der Schaltung sind sehr gering.
Die Grundbausteine idealer Schalter und Schmitt-Trigger können jedoch beliebig realisiert werden. Dabei muß nur der Schalter HF-Anforderungen erfüllen. Bei einer Betriebsspannung von 10 V ergeben sich mit CMOS-Gattern Anstiegsflanken von 20-40 ns. Steilere Anstiegsflanken erhält man mit diskret aufgebauten Transistorschaltern oder integrierten Differenzverstärkern Die Schaltung funktioniert folgendermaßen: Die Eingangsspannung wird durch den Spitzengleichrichter D, C gleichgerichtet und auf den Schmitt-Trigger gegeben.
Dieser besteht aus einem ODER-Gatter G1 und den beiden Widerständen RO, R1, mit RO, R1 wird die Schalthysterese eingestellt. Der Ausgang des Gatters G1 liegt bei fehlender Ansteuerung oder zu kleiner Eingangsspannung auf logisch "L". Entsprechend der Wahrheitstabelle des ODER-Gatters liegt auch der Ausgang des Gatters G2 fest auf log. "L", unabhängig vom Eingangssignal. Steigt die Eingangsspannung bis die Gleichspannung den oberen Schaltpunkt des Schmitt-Triggers überschreitet, springt das Ausgangssignal auf logisch "O", der Pulsformer - also Gatter G2 - ist funktionsfähig. Mit dem Widerstand R4 läßt sich das Tastverhältnis 1:1 einstellen.
Der Widerstand R5 dient zur Entkopplung.
Sinkt die Eingangsspannung bis die Gleichspannung den unteren Schaltpunkt des Schmitt-Triggers unterschreitet, springt der Ausgang auf log. "L", wodurch Gatter G2 gesperrt bzw. der Ausgang fest auf log. "L" gehalten wird. Bei fehlender Ansteuerung wird der Eingang des Schmitt-Triggers durch den Widerstand R2 auf log. "L" gezogen; dadurch wird der Pulsformer ebenfalls gesperrt.
5 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche s Impulsformer zur Erzeugung steiler Rechteckimpulse, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die umzuformende Wechselspannung (Ue) sowohl einem elektronischen Schalter (3) mit steiler Ubertragungscharakteristik als auch einem Gleichrichter (1) zugeführt ist, daß der Gleichrichter (1) einen Schmitt-Trigger (2) steuert, dessen Ausgang mit dem elektronischen Schalter (3) so verbunden ist, daß bei Unterschreiten eines Grenzwertes der umzuformenden Wechselspannung (Ue) der elektronische Schalter (3) blockiert wird.
2. Impulsformer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der elektronische Schalter (3) ein Differenzverstärker insbesondere ein Operationsverstärker ist.
3. Impulsformer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der elektronische Schalter (3) ein CMOS-Gatter mit Puffer ist.
4. Impulsformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schmitt-Trigger (2) aus einem ODER-Gatter (G1), dessen beide Eingänge miteinander verbunden und über einen ersten ohmschen Widerstand (Ro) angesteuert sind, und eine die beiden Eingänge mit dem Ausgang des ODER-Gatters (G7) verbindenden zweiten ohmschen Widerstand (R1) besteht, und daß der elektronische Schalter (3) ebenfalls ein ODER-Gatter (G2! ist, dessen erster Eingang von der umzuformenden Wechsel spannung über eine Reihenschaltung eines dritten ohmschen Widerstandes (R5) und eines Kondensators (C) und dessen zweiter Eingang vom Ausgang des Schmitt-Triggers (3) angesteuert ist.
5. Impulsformer nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der erste Eingang des als elektronischen Schalter verwendeten ODER-Gatters (G2) an den Abgriff eines Spannungsteilers (R3,R4) liegt, der zwischen den beiden Polen der Versorgungsspannung angeschaltet ist.