DE2837728A1

DE2837728A1 - Eingangspegelueberwachungssystem fuer eine pegelsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE2837728A1
Application number: DE19782837728
Authority: DE
Inventors: Kanagawa Kawasaki; Kiyoshi Minematsu; Hisai Namura; Koichi Ohta; Masao Taeda
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1979-03-08
Also published as: SE7808929L; NL177545B; SE439224B; IT7827175A0; DE2837728C2; IT1098733B; NL7808784A; NL177545C; JPS5624423B2; US4185248A; JPS5437616A

Description

3137726

EINGANGSPEGELÜBERWACHUNGSSYSTEM FÜR EINE PEGELSTEUERVORRICHTUNG

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingangspegel-Überwachungssystem in einer automatischen Verstärkungssteuerungseinrichtung, und insbesondere ein System zur Überwachung des Pegels eines Eingangssignals, das einer Pegelsteuervorrichtung einer Trägerfrequenzendstelleneinrichtung zugeführt wird, das hochgenau arbeiten können und mit niedrigen Kosten hergestellt werden können soll.

Eine Pegelsteuer- oder Regelvorrichtung, die in einer Trägerfrequenzendstelleneinrichtung eines Frequenzmultiplexnachrichtenübertragungssystems verwendet wird, benutzt einen elektrischen Strom einer Frequenz außerhalb des Trägerfrequenzbandes als einen überwachungsstrom (Pilotsignal). Der elektrische Strom wird mit einer konstanten Amplitude übertragen, und Änderungen des Pegels des elektrischen Stroms werden ermittelt, um eine Entzerrung gegenüber Übertragungsabweichungen,

909810/0946

Temperaturänderungen usw. zu erhalten, die auf der übertragungsleitung, in Endstellen usw. auftreten. Die Pegelsteuervorrichtung ändert den Wert eines in ihr enthaltenen variablen Elementes, wie eines Thermistors oder eines Feldeffekttransistors (FET) entsprechend dem Pegel des solchermaßen ermittelten elektrischen Stroms, um die Pegeländerungen des elektrischen Stroms auf kleinere Werte herabzudrücken und damit den Pegel des Eingangssignals zu regeln.

Zusätzlich zu dieser Funktion der automatischen Pegelsteuerung ist die Pegelsteuervorrichtung ferner mit einer Funktion des Überwachens des Pegels des Pilotsignals versehen. Der überwachte Pilotsignalpegel wird dazu verwendet, eine Alarmfunktion zu bilden, um eine Alarmlampe und eine Alarmglocke einzuschalten, wenn der Pilotsignalpegel einen Bereich überschreitet, der als normal angesehen werden kann; und für eine Pilotsignalpegelanzeigefunktion, um den Pilotsignalpegel mit Hilfe eines Meßgerätes oder eines Aufzeichnungsgerätes für eine verbesserte Instandhaltung konstant anzuzeigen und aufzuzeichnen.

Im allgemeinen umfaßt die überwachung des Pilotsignalpegels . eine überwachung des Pegels des Eingangssignals der Pegelsteuervorrichtung und eine Überwachung von deren Ausgangssignalpegel. Von diesen Überwachungsarten ist die Ausgangspegel-

^1/2 909810/0946

- ε

überwachung herkömmlicher Weise verwendet worden. Die beiden Überwachungsarten unterscheiden sich in der Überwachungsgenauigkeit für den Eingangspegel. Es versteht sich von selbst, daß es wünschenswerter ist, für eine höhere Genauigkeit den Eingangspegel zu überwachen, als den Ausgangspegel zu überwachen, der einige Beziehungen zum Eingangspegel in einem komprimierten Zustand aufweist. Ferner empfiehlt das International Telegraph and Telephone Consultative Committee, die Eingangspegelüberwachung zu bevorzugen. Bei einer herkömmlichen Methode dieser Art wird zur Eingangspegelüberwachung eine elektrische Spannung benutzt, die sich etwa entsprechend einer Dezibeländerung des Pegels des Eingangssignals für die Pegelsteuervorrichtung ändert und die von der Steuerspannung zum Treiben des variablen Elementes der Pegelsteuervorrichtung oder einer gleichartigen Spannung erhältlich ist, so daß ein Pseudoeingangspegel überwacht wird. Genauer gesagt: wenn eine Änderung des Eingangspegels auftritt, wird diese festgestellt, so daß die.Verstärkung durch den Thermistor oder den FET der Pegelsteuervorrichtung gesteuert wird. Da die Ausgangsspannung der Steuerschaltung für das Treiben des Thermistors oder des FET etwas in gegenseitiger Beziehung zum Eingangspegel steht, wird die Ausgangsspannung, d_o h« die Steuerspannung, direkt zur überwachung eines Pseudoeingangspegels benutzt.

Ferner ist mit der deutschen Patentanmeldung P 22 35 230.3 ein verbessertes Verfahren der erwähnten herkömmlichen Überwachungsmethode vorgeschlagen worden. Gemäß dieser Methode wird die Steuerspannung auf ein nicht lineares Element einer Korrekturschaltung gegeben, um eine elektrische Spannung zu erzeugen, die in stärkerer Proportionalität zum Eingangspegel steht und die als ein Überwachungsausgangssignal für eine Pseudoeingangspegel verwendet wird. Diese Methode weist jedoch keine ausreichend hohe Genauigkeit auf. Dies deswegen, weil der resultierende Änderungsbetrag zu groß (Längung des Eingangspegels) oder zu klein (Kontraktion des Eingangspegels) gegenüber der Änderung des Eingangspegels sein kann, um eine genaue überwachung des Eingangspegels auszuführen.

Es gibt eine weitere herkömmliche Methode, gemäß welcher das Eingangssignal der Pegelsteuervorrichtung abgezweigt wird. Es ist ein spezielles Schmalband-Pilotsignalfilter zur Extrahierung des Pilotsignals vorgesehen, und das solchermaßen extrahierte Pilotsignal wird verstärkt und zur Durchführung der Überwachung des Eingangspegels durch einen Detektor geschickt. Genauer ausgedrückt: für den Vorgang der Pegelsteuerung oder Pegelregelung wird das Ausgangssignal rückgekoppelt, um über eine Steuerschaltung eine vorbestimmte elektrische Spannung zu erzeugen, die zum Treiben des variablen Elementes der Pegel' steuervorrichtung zum Zweck der Verstärkungssteuerung benutzt

909810/0946

3137728

wird. Für den Vorgang der Pegelüberwachung dagegen ist eine von der Verstärkungssteuerungsschleife getrennte Überwachungsschaltung vorgesehen, in der ein Eingangssignal, das ein Sprachsignal und ein Pilotsignal enthält, auf ein Pilotsignalfilter gegeben wird, um lediglich das Pilotsignal zu extrahieren, das dann verstärkt und gleichgerichtet wird, um ein Pegelüberwachungsausgangssignal zu erhalten. Da diese Methode jedoch ein spezielles Schmalbandkristallfilter mit scharfem Dämpfungsverhalten und eine besondere Gleichrichterschaltung erfordert, ist sie hinsichtlich der Herstellungskosten und der Einfachheit des Aufbaus nachteilig.

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Probleme bei herkömmlichen Lösungen zu überwinden, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Eingangspegelüberwachungssystem verfügbar zu machen, das den Eingangspegel mit sehr hoher Genauigkeit überwachen kann und das in vernachlässigbarer Weise durch äußere Störungen, wie Temperaturänderungen und Schwankungen der elektrischen Spannung der Stromquelle, beeinflußt wird, und das mit einer kleinen Anzahl von Teilen und einfachen Schaltungen aufgebaut werden kann, wodurch eine Verringerung der Herstellungskosten und die Verwirklichung eines kompakten Aufbaus möglich sind.

909810/0946

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 7 angegeben und in den ünteransprüchen vorteilhaft weitergebildet .

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beispiels

eines herkömmlichen Eingangspegelüberwachung ssystems für eine Pegelsteuervorrichtung;

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Verhaltenscharakteristik des Systems der Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels eines herkömmlichen Eingangspegelüberwachung ssystems für eine Pegelsteuervorrichtung;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Kompressionscharakteristik der PegelSteuervorrichtung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen 5/6 ■

909810/0946

Ausführungsform eines Eingangspegelüberwachungssystems für eine Pegelsteuervorrichtung ;

Fig. 6A, 6b Schaltungsdiagramme konkreter Beispiele und 6 C

der Pegeleinstellschaltung und der Eingangs-

pegelüberwachungsschaltung nach Fig. 5;

Fig. 6D Schaltungsdiagramme weiterer Beispiele und 6E

der Schaltungen der Fig. 5; und

Fig. 7A, 7B Tabellen, die verschiedene Schaltungsformen und 7e

für die Schaltungen der Fig. 5 zeigen.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen vorgeschlagenen Systems, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 22 35 230.3 beschrieben ist. Bei diesem System gemäß Fig. 1 wird eine elektrische Spannung verwendet, die sich näherungsweise entsprechend dem Dezibelbereich des einer Pegeleinstellschaltung 1 zugeführten Eingangspegels ändert. Diese Spannung ist aus der Steuerspannung erhältlich, die zum Treiben des in der Pegeleinstellschaltung verwendeten variablen Elementes benutzt wird, oder von einer gleichartigen Spannung, so daß die überwachung eines Pseudoeingangspegels durchgeführt wird,, Genauer ausge-

drückt: wenn in Fig. 1 eine Änderung des Eingangspegels e.. auftritt, wird diese Änderung festgestellt, so daß eine Verstärkungssteuerung durch den Thermistor oder den FET der Pegeleinstellschaltung 1 bewirkt wird. Da die Ausgangsspannung von der Steuerschaltung 2 zum Treiben des Thermistors oder FET etwas in gegenseitiger Beziehung zum Eingangspegel steht, wird diese Steuerspannung direkt als ein Ausgangssignal V₀₁ für die Überwachung eines Pseudoeingangspegels benutzt. Alternativ wird diese Steuerspannung auf ein nicht lineares Element der Eingangspegelüberwachungsschaltung gegeben, d. h., auf die Basis eines Transistors TR₁, um eine elektrische Spannung zu erzeugen, die proportionaler zum Eingangspegel e . ist, die als ein Überwachungsausgangssignal V₀₂ für einen Pseudoeingangspegel dient. Obwohl das Ausgangssignal der Steuerschaltung 2 auf die Basis des Transistors TR₁ gegeben wird, ist eine Änderung dieser Eingangsspannung nicht gleich der Dezibeländerung des Eingangspegels. Daher wird diese Ungleichheit mittels der nicht linearen Impedanzken.nlinie einer Diode D₁ kompensiert, die über einen Spannungsteiler aus Widerständen R_ und R₄ vorgespannt ist und sich auf der Emitterseite des Transistors TR₁ befindet. Die Eingangspegelüberwachungsspannung ist also erhältlich, indem man einen elektrischen Strom vom Emitter des Transistors TR₁ abnimmt, was gemacht worden ist, um die Dezibeländerung im Eingangspegel mittels des Kollektorwiderstandes R₁ als eine elektrische Spannung anzunähern.

909810/0946

' 2P37728

Fig. 2(a) zeigt die mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erhaltene Kennlinie der Ausgangsspannung V... mit Bezugnahme auf eine ideale Kurve. In Fig. 2/a) zeigt Kurve I eine ideale Kurve, die theoretisch bezüglich des Eingangspegels erhalten worden ist, und Kurve II zeigt eine Änderung des Ausgangsspannungspegels V₀₁ bezüglich des Eingangspegels. Die Abweichung der Kurve II gegenüber Kurve I beträgt nach Berechnung bei Eingangspegeln von -6 dB und +6dB der Ausgangsspannung V_Q1 + 1,8 dB bzw. -1,6 dB. Um die Abweichung zu verringern, wird bei dem in der genannten deutschen Patentanmeldung beschriebenen System die Schaltung 3 verwendet, in der eine Diode benutzt wird, um die Genauigkeit der Eingangsüberwachungsspannung bezüglich des Eingangspegels zu verbessern. Diese Schaltung ist jedoch so konzipiert worden, daß zunächst die Kurve II bestimmt wird und dann eine Annäherung an die ideale Kurve I vorgenommen wird, und daher besitzt eine solche Schaltung folgende Nachteile.

(a) Da die Schaltung nach Fig. 1 eine Annäherungsschaltung ist, bei der die nicht lineare Impedanz einer Diode, eines Transistors oder eines FET benutzt wird, besteht eine Grenze für die Genauigkeit der Annäherung. D. h., es besteht noch eine Abweichung von etwa 1 dB in einem Eingangspegelbereich von -6 dB bis +6 dB. Insbesondere für eine Träger-

909810/0946

frequenzendstelle sollte die Abweichung im Eingangspegelbereich von -6 dB bis +6 dB möglichst innerhalb _+ 0,3 dB gehalten werden,-wie es in Fig. 2(b) gezeigt ist.

(b) Eine Diode, ein Transistor und ein FET leiden stark an Verhaltensschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen in dem Bereich, in dem sie nicht lineare Impedanzen aufweisen, so daß Schwankungen der Eingangspegelüberwachungsspannung auftreten, die auf Temperaturänderungen beruhen.

(c) Die Arbeitsspannung für nicht lineare Elemente, mit denen sich gute Annäherungseigenschaften dieser Elemente er-, reichen lassen, ändern sich von Element zu Element, und folglich ist vor einer Verwendung solcher Elemente deren Inspektion oder Einstellung Stück für Stück erforderlich.

Das in Fig. 1 gezeigte System ist also nicht genügend genau. Das System leidet an einem übermäßigen Änderungsbetrag (Längung) oder einem kleinen Änderungsbetrag (Kontraktion) bezüglich einer Änderung des Eingangspegels und ist somit ungeeignet für die Durchführung einer genauen Überwachung des Eingangspegels.

Als nächstes wird die in Fig. 3 gezeigte Schaltung diskutiert. Diese umfaßt ein Schmalband-Pilotsignalfilter 4 zum Abzweigen

909810/0946

eines auf eine Pegeleinstellschaltung geführten Eingangssignals e_ein zu dem Zweck, ein Pilotsignal zu extrahieren, das dann bei 5 verstärkt und bei 6 festgestellt wird, und auf diese Weise wird eine Überwachung des Eingangspegels durchgeführt. Genauer ausgedrückt: für den Pegelsteuervorgang wird das Ausgangssignal der Pegeleinsteilschaltung 1 über die Steuerschaltung 2 zurückgekoppelt, um eine vorbestimmte Spannung zum Betreiben des variablen Elementes der Pegeleinstellschaltung 1 zum Zweck der Steuerung der Verstärkung zu erzeugen; für den PegelüberwachungsVorgang, der von "der Verstarkungssteuerungsschleife unabhängig ist, wird das ein Sprachsignal und ein Pilotsignal enthaltende Eingangssignal e . auf das Pilotsignalfilter 4 gegeben, um lediglieh das Pilotsignal zu entnehmen« Das solchermaßen entnommene Pilotsignal wird dann verstärkt und zu einem Pegelüberwachungsausgangssignal V_Q3 gleichgerichtete Das in Fig., 3 gezeigte System ist jedoch hinsichtlich Herstellungskosten und Kompaktheit der Konstruktion nachteilig, da es ein besonderes Schmaiband-Kristallfilter mit scharfem Dämpfungsverhalten und eine besondere Gleichrichtschaltung benötigt.

Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, welche das Kompressions= verhalten der Pegelsteuerung zeigt. Das Blockschaltbild der

Fig. 5 zeigt die Eingangspegelüberwachungsschaltung. Fig. " 6A_f 6B, 6C, 6D und 6E sind Schaltbilder zur Darstellung konkreter Beispiele der Pegeleinsteilschaltung und der Eingangspegelüberwachungsschaltung der Fig. 5. Und bei Fig. 7 handelt es sich um eine Vergleichstabelle, die verschiedene Schaltungstypen zur Verwirklichung der Schaltungen der Fig. 5 zeigt.

In Fig. 5 umfaßt eine Pegeleinsteilschaltung 11 ein variables Pegeleinstellelement Rv. Eine Steuerschaltung 12 umfaßt ein Pilotfilter, einen Gleichrichter, einen Verstärker und einen Diskriminator. Eine Überwachungsschaltung 13 enthält das gleiche variable Pegeleinstellelement wie die Pegeleinstellschaltung 11 oder ein anderes variables Element, das gleichzeitig mit dem variablen Pegeleinstellelement betrieben wird und ein gleiches Verhalten wie dieses Element besitzt. Ein Verstärker 14, der entbehrlich ist, verstärkt das Ausgangssignal der überwachungsschaltung 13 bis zu einem erforderlichen Pegel. V ist eine Bezugsspannung und V₌„„ ist

S ClUS

ein Eingangspegelüberwachungssignal, das auf eine Alarmschaltung, ein Meßgerät oder ein Aufzeichnungsgerät geführt ist.

Zur Erläuterung des Arbeitsprinzips der in Fig. 5 verwirklichten Erfindung wird in Formeln gefaßt, wie der Eingangspegel gesteuert wird. Nimmt man an, daß, wenn eine Änderung Δ eN (dB) des Eingangspegels vorliegt, der Widerstandswert des

_10/11 909810/0946

variablen Einstellelementes bei einem normalen Eingangspegel Rv und der durch den Steuervorgang verursachte Einstellungsbetrag ΔRv ist, kann man folgende Beziehung aufstellen:

f (RVj₁^Rv)
(dB) = - £20 log +A¹O(dB)) (1)

Dabei bedeuten: A*ö(dB) den Einstellungsausgleich, das _+ vor ^RV die Polarität des Systems und f(Rv) das Übertragungsverhältnis der Pegeleinstellschaltung.

Die obige Gleichung (1) bedeutet, daß die Änderung AeN (dB) Tf (Rv+ £s.Rv)j)

- 20 log f(Rv) im Übertragungsverhältnis der Pegeleinstellschaltung 11 kompensiert wird, so daß das Ausgangssignal· lediglich aus einer Änderung des Einste^ungsausgleichs Δ9 (dB) besteht.

Es wird nun angenommen, daß eine Funktion F(Rv) die folgende Beziehung zum Übertragungsverhältnis f(Rv) der Pegeleinstellschaltung 11 in Gleichung (1) aufweist:

^F(Rv) " f(Rv) (2)

Setzt man diese Funktion F(Rv) in die Gleichung (1) ein, erhält man foigende Gl·eichung

9G9810/0946

2837729

(dB) = _± (20 log + A<b(dB)) (3)

Hat man die Funktion F(Rv) eingesetzt, weisen der rechte und der linke Teil der Gleichung dasselbe Symbol +_ auf, und die Änderung des Übertragungsverhältnisses wird nahezu gleich der Änderung ΔβΝ des Eingangspegels. D. h., wenn eine Pegelüberwachungsschaltung 13 vorgesehen ist, deren Übertragungsverhältnis F(Rv)=1/f(Rv) ein Kehrwert des übertragungsVerhältnisses f(Rv) der Pegeleinstellschaltung 11 ist, sind die Dezibeländerung /\bN des der Pegeleinstellschaltung 11 zugeführten Eingangspegels und die Änderung des Übertragungsverhältnisses des Ausgangssignals der Pegelüberwachungsschaltung einander sowohl bezüglich Betragsänderung (dB) und Polarität (_+) gleich, mit Ausnahme des Einstellungsausgleichs des Eingangspegels

Obwohl die Pegelüberwachungsschaltung 13, die ein Übertragungsverhältnis gemäß Gleichung (2) aufweist, als Fehler einen Term Λ £> (dB) aufweist, der den Einstellungsausgleich darstellt, wie er aus Gleichung (3) zu ersehen ist, kann der Wert dieses Terms ausreichend bis auf einen vernachlässigbaren Wert reduhiert werden, indem das Kompressionsverhältnis und der Ein-Stellungsbereich der Pegeleinstellschaltung 11 geeignet eingestellt werden. Ferner kann dieser Fehler minimal gemacht werden, wenn die Verstärkung des Verstärkers 14 der Fig. 5 in

909810/0948

erforderlicher Weise korrigiert wird. D„ h„, das Kompressionsverhalten der Pegeleinstellschaltung 11 zeigt beispielsweise eine Kurve gemäß Fig. 4, entsprechend welcher, wenn der Eingangspegel gegenüber dem Normalpegel N des Eingangssignals e . eine Änderung von +5 dB aufweist, lediglich eine Änderung von +0,5 dB im Ausgangssignal e der Pegeleinstellschaltung

ei ti 5

11 auftritt. In diesem Fall ist das Kompressionsverhältnis der Pegeleinsteilschaltungen 11, 12 gleich 10:1, und dieser Wert von +0,5 dB ist der Einstellungsausgleich ^^(dB). Da gewöhnlich das Kompressionsverhältnis auf ein großes Verhältnis von 10;1 bis 20:1 eingestellt ist, kann der Fehler klein gemacht werden. Wenn die Plus-Seite und die Minus-Seite des Eingangspegels gegenüber dem normalen Eingangspegel N symmetrisch sind, d. h., daß die Ausgleichwerte A^auf der Plus- und auf der Minus-Seite einander gleich sind, kann der Fehler auf Null reduziert werden; d. h„ £( f +ASi" ί = ä£>i)/2J beim Anlegen einer Verstärkungskorrektur von (j +A&l+i-Ä^!) /2 an den Verstärker 14 der Fig. 5. Da jedoch im allgemeinen der Bereich der Einstellung auf Änderungen von _+5 dB oder +4 dB des Eingangspegels eingerichtet ist, wird die Pegelsteuereinrichtung innerhalb eines kleinen Einstellungsausgleichs 45betrieben, so daß praktisch eine hohe Genauigkeit verfügbar ist,,

Anhand der Fig. 6A, 6B und 6C wird die Beschreibung nun direkt auf konkrete Beispiele der Pegeleinstellschaltung 11 und der Pegelüberwachungsschaltung 13 der Fig. 5 gerichtet, in denen

909810/09^0

der Rückkopplungsverstärker durch einen Operationsverstärker gebildet ist.

Fig. 6A zeigt eine Anordnung, bei der die Pegeleinstellschaltung 11 aus einem nicht invertierten Verstärker besteht, dessen Ubertragungsverhältnis ausgedrückt wird als:

,Εν) . 1 ♦ ff . *£52 «4,

Dabei ist Rv ein Widerstandswert eines variablen Elementes und Ro der Wert eines Festwiderstandes. . -

Übrigens zeigt Fig. 6D ein anderes Beispiel der Schaltung mit der gleichen Art von Übertragungsverhältnis wie bei Fig. 6A, jedoch mit diskreten Transistoren aufgebaut, und Fig. 6E zeigt ein weiteres Beispiel der Schaltung, bei dem ein Hybrid-Rückkopplungsverstärker benutzt ist.

Fig. 6B zeigt eine Anordnung mit einer Pegelüberwachungsschaltung 13, die ein Übertragungt'verhältnis in einer reziproken oder umgekehrten Beziehung zum Übertragungsverhältnis der Pegeleinstellschaltung 11 der Fig. 6A aufweist (f (Rv) der Formel (4)). Für Fig. 6B wird das Übertragungsverhältnis F(Rv) des von einer Konstantspannungsstromquelle gelieferten Eingangssignals zum Ausgangssignal ausgedrückt als:

13/14 . .

909810/0946

F(RV) = - ^RV

Rv+Ro (5)

In diesem Fall repräsentiert Rv, der Widerstandwert des variablen Elementes der Gleichung (5), entweder den Widerstandswert des variablen Pegeleinstellelementes selbst oder den Widerstandswert eines anderen variablen Elementes, das speziell zur Pegelüberwachung vorgesehen ist und gleichzeitig mit dem variablen Pegeleinstellelement getrieben wird und ein Verhalten gleich dem des letzteren Elementes aufweist. Deshalb besitzt die Pegelüberwachungsschaltung 13 der Fig. 6B eine Ausgangsspannung, die ausgedrückt wird als:

aus Rv+Ro

Diese Ausgangsspannung ist eine Uberwachungsspannung, die sowohl von Kontraktion als auch von Längung des Eingangspegels bezüglich der Dezibeländerung des Eingangspegels frei ist, und zwar aufgrund der Beziehung der Formel (3).

Wie zuvor beschrieben, wird bei der vorliegenden Erfindung entweder ein variables Pegeleinstellelement selbst oder ein anderes besonderes variables Element mit Eigenschaften, die denen des variablen Pegeleinstellelementes äquivalent sind, verwendet, um eine Schaltung zu schaffen, die bezüglich einer Konstantgleichstromquelle ein Ubertragungsverhältnis

^14/15 909810/0946

aufweist, das in reziproker Beziehung zum Übertragungsverhältnis der Pegeleinstellschaltung steht, so daß die überwachung des Eingangspegels frei von einer Kontrahierung und Längung dieses Pegels möglich ist.

Zudem können das variable Element Rv in der Pegeleinstellschaltung gemäß Fig. 6A und das variable Element Rv in der Pegelüberwachungsschaltung gemeinschaftlich als ein variables Element benutzt werden. Da die in Fig. 6A gezeigte Pegeleinstellschaltung einen Wechselstrom und die Pegelüberwachungsschaltung einen Steuergleichstrom erzeugt, können der Wechselstrom und der Gleichstrom unter Verwendung einer Spule getrennt werden. Zum Zweck der Verwendung des variablen Elementes Rv gemeinschaftlich in der Pegeleinstellschaltung und der Pegelüberwachungsschaltung werden die Erdungsanschlüsse des in Fig. 6Ά gezeigten variablen Elementes Rv und des in Fig. 6B gezeigten variablen Elementes Rv als ein gemeinschaftlicher Anschluß verbunden, und die anderen Anschlüsse der variablen Elemente werden über eine Spule L verbunden, so daß die Charakteristiken der Pegeleinstellschaltung und der Pegelüberwachungsschaltung durch die Verwendung des gemeinschaftlichen variablen Elementes nicht beeinfluß werden.

Ferner wird erfindungsgemäß nicht nur die überwachungsspannung

909810/Ο9Λ6

in Dezibel ausgedrückt, sondern die der Aufzeichnungsvorrichtung und dem Meßgerät gelieferte Ausgangsspannung kann auch in einer linearen Darstellung entsprechend dem Dezibelbereich des Piloteingangspegels angegeben werden. Meßgeräte besitzen im allgemeinen lineare Skalen, während Aufzeichnungsvorrichtungen möglichst auch lineare Skalen aufweisen sollten, da Skalen in Dezibeldarstellung zu ihrem niedrigpegligen Ende hin einen zu kleinen Abstand zwischen den Skalenstrichen aufweisen. Ferner ist eine lineare Darstellung für den Betrieb vorzuziehen, um einen hohen Grad an Ablesegenauigkeit zu erhalten.

Die Anordnung nach Fig. 6C beruht auf dem gleichen Prinzip wie die Fig.» 6B, bei der ein Scheinleitwertsübertragungsverhältnis, welches das Übertragungsverhältnis f(Rv) der Pegeleinstellschaltung 11 enthält, in einer Weise verfügbar ist, daß ein elektrischer Strom I , welcher der Dezibeländerung des auf die Pegeleinstellschaltung 11 geführten Eingangspegcls entspricht und ausgedrückt wird als

_T _ Υ ,Rv+Ro.
¹D "' Rö ⁽ Rv ^}

erhalten und auf ein Element (eine Diode in Fig. β) geführt wird, das eine logarithmisch/lineare Umwandlung durchführt. Die Beziehung des Stroms I zur Spannung zt-zischen den ent-

S0981Ö/QS4S

2837725

gegengesetzten Enden der Diode als Charakteristik der Diode kann ausgedrückt werden durch die Gleichung

¹D '■

Dabei ist I eine der Diode zu eigene Sättigungsspannung.

Die beiden Teile der Gleichung (8) können in Form natürlicher Logarithmen ausgedrückt werden als

₊Xn(I_s) = KVo + C (9)

Dabei ist C eine Konstante.

Aus Gleichung (9) ist entnehmbar: wenn der durch die Diode fließende Strom sich mit dem Koeffizienten /n ändert, ändert sich die Spannung Vo zwischen den entgegengesetzten Enden der Diode in einer linearen Weise. D. h., es wird eine Gleichung (q/kT)=(constant) aufgestellt, wenn die Temperaturänderung nicht berücksichtigt wird, und demgemäß wird Vo oClog I_n gebildet, mit Ausnahme des konstanten Terms. Da der natürliche Logarithmus in und der gewöhnliche Logarithmus log zueinander proportional sind, kann die Dezibeländerung des Eingangspegels in linearer Darstellung überwacht werden, wenn die lineare Ausgangsspannung Vo als Eingangspegelüber-

^16/17 909810/0946

2B37728

wachungsausgangssignal V abgenommen wird.

el U. S

Da die Eingangspegelüberwachungsspannung Vo, die einer Logarithmisch/Linear-Umsetzung unterzogen worden ist, damit in linearer Form vorliegt und da deren Art der Erhöhung in Betrag und Kurve identisch zu deren Art der Verringerung ist, bezüglich deren Normal- oder Mittelwert, kann das Scheinleitwertsübertragungsverhältnis entweder aus einem Übertragungsverhältnis, das das gleiche wie das Übertragungsverhältnis der Pegeleinstellschaltung 11 ist, oder einer Funktion, die ein Ubertragungsverhältnis aufweist, die in reziproker Be- ~ Ziehung zum Übertragungsverhältnis der Schaltung 11 steht, erstellt werden. Durch die Benutzung der einer Logarithmisch/ Linear-Umwandlung unterzogenen Spannung Vo ist eine überwachung des· Eingangspegels über ein Meßgerät oder ein Aufzeichnungsgerät verfügbar, die von einer Bedienungsperson leicht beobachtet werden kann.

Die Fig. 7A, 7B und 7C zeigen sechs Schaltungstypen der Pegeleinstellschaltung 11 und der damit gekoppelten Eingangsüberwachungsschaltung 13, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind. Obwohl die Pegeleinstellschaltung selbst gewöhnlich aus diskreten Transistoren aufgebaut ist, um die strengen Anforderungen einer nicht linearen Verzerrung usw. zu erfüllen, sind die erfindungsgemäßen Schaltungen der Fig. 7 durch Operationsverstärker klassifiziert. Die Eingangspegelüberwachungsschaltung

_17/18 909810/0948

13 ist grob in solche Schaltungen klassifiziert, welche logarithmische Ausgangssignale erzeugen, und solche Schaltungen, welche lineare Ausgangssignale erzeugen. Der Schaltungstyp mit logarithmischem Ausgangssignal ist ferner in einen Konstantspannungstyp und einen !Constantstromtyp sowie in einen Umwandlungstyp und einen Nichtumwandlungstyp eingeteilt. Unter jedem Schaltbild ist ein Übertragungsverhältnis angegeben. Bei dem Typ, der ein logarithmisches Ausgangssignal bezüglich des Übertragungsverhältnisses f(Rv) der Pegeleinstellschaltung erzeugt, wxrd das Übertragungsverhältnis der Eingangspegelüberwachungsschaltung ausgedrückt als ein reziprokes Übertragungsverhältnis l/f(Rv), während bei dem ein lineares Ausgangssignal erzeugenden Typ,der mit einer Iiogarithmisch/Linear-Umwandlungsschaltung versehen ist, das Übertragungsverhältnis ausgedrückt wird als ein Scheinleitwertübertragungsverhältnis f(Rv)/Ro (oder 1/(f(Rv).Ro),Ro/f(Rv)

Wie zuvor beschrieben, wird beim erfindungsgemäßen System eine Änderung des Übertragungsverhältnisses, einschließlich desjenigen eines durch eine geschlossene Schleife gesteuerten variablen Elementes, einer Spannungs- oder Stromumwandlung unterzogen, der eine Logarithmisch/Linear-Umwandlung folgt, um als Eingangsüberwachungsspannung eine lineare Spannung zu erhalten. Somit ist das System durch äußere Störungen, wie Temperaturschwankungen und Änderungen der Stromquellenspannung, in vernachlässigbarer Weise beeinflußt. Durch Verwenden eines

_18/19 909810/09^6

Operationsverstärkers ist es ferner möglich geworden, leicht ein reziprokes tibertragungsverhältnis und ein Scheinleitwertübertragungsverhältnis vom Wechselstromübertragung sverhältnis der Pegeleinstellschaltung zu erhalten, wodurch eine Überwachung des Eingangspegels mit sehr hoher Genauigkeit möglich ist» Ferner kann das erfindungsgemäße System mit einer kleinen Anzahl von Teilen und einfachen Schaltungen aufgebaut werden, was zu einem kompakten Aufbau und zu einer Verringerung der Herstellungskosten führt=

810/0S4S

Leerseite

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER ■ HIRSCH · BREHM PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult Fujitsu Fanuc Ltd. 78/8753 PATENTANSPRÜCHE

1.iSystem zur Überwachung des Pegels eines Eingangssignals, das einer PegelSteuervorrichtung zugeführt wird, mit einer Pegelexnstellschaltung mit einer ersten Übertragungsfunktion, die wenigstens ein erstes variables Element und einen Anschluß für die Eingabe des ein Pilotsignal enthaltenden EingangsSignaIs aufweist, und mit einer an einen Ausgangsanschluß der Pegeleinsteilschaltung angeschlossenen, das Pilotsignal extrahierenden Steuerschaltung zum Steuern des ersten variablen Elementes derart, daß der Übertragungsbetrag des Eingangssignals geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangspegelüberwachungsschaltung mit einer zweiten übertragungsfunktion vorgesehen ist, die einen Eingangsanschluß aufweist, dem ein

München: R. Kramer Dipl.-Ing.. W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H.P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · C. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

909810/0946

2137728

konstantes Eingangssignal geliefert wird,und ein zweites variables Element, dessen Verhalten dem des ersten variablen Elementes gleich ist und durch das extrahierte Pilotsignal von der Steuerschaltung derart geändert wird, daß der Übertragungsbetrag des konstanten Eingangssignals geändert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite übertragungsfunktion der Eingangsüberwachungsschaltung eine reziproke Beziehung zur ersten Übertragungsfunktion der Pegeleinstellschaltung aufweist und daß von der Eingangspegelüberwachungsschaltung ein logarithmisches Ausgangssignal erzeugt wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Eingangssignal eine vorbestimmte konstante Spannung ist.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Eingangssignal ein vorbestimmter konstanter Strom ist.

903310/0946

2137728

j.

5. System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangspegelüberwachungsschältung aufweist: .-_.";"

(1) eine Scheinleitwertschaltung mit dem zweiten variablen Element, dessen Verhalten dem des ersten variablen Elementes gleicht, wobei die Scheinleitwertschaltung eine übertragungsfunktion entsprechend der ersten übertragungsfunktion der Pegeleinstellschaltung aufweist;

(2) eine Gleichstromkonstantspannung zur Lieferung eines Eingangssignals an die Scheinleitwertschaltung, und

(3) ein nicht-lineares Element zur logarithmischen Umwandlung eines AusgangsStroms der Scheinleitwertschaltung,

so daß die überwachung des der Pegelsteuervorrichtung zugeführten Eingangssignals durch eine elektrische Spannung durchgeführt wird, die durch lineare Umwandlung einer Dezibeländerung des der Pegelsteuervorrichtung zugeführten Eingangspegels erhalten wird.

909810/0948

6. System nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangspegelüberwachungsschaltung einen Operationsverstärker mit einem Eingangsanschluß aufweist, der mit der Konstantspannung über eine Schaltung der der ersten übertragungsfunktion entsprechenden Übertragungsfunktion mit dem zweiten variablen Element verbunden ist und daß das nicht lineare Element zwischen den Eingangsanschluß und einen Äusgangsanschluß des Verstärkers geschaltet ist»

7. System zur überwachung des Pegels eines Eingangssignals, das einer Pegelsteuervorrichtung zugeführt wird, mit einer Pegeleinstellschaltung mit einer ersten übertragungsfunktion, die einen Anschluß für die Eingabe des ein Pilotsignal enthaltenden Eingangssignals aufweist, und mit einer an einen Ausgangsanschluß der Pegeleinstellschaltung angeschlossenen, das Pilotsignal extrahierenden Steuerschaltung zum Steuern des ersten variablen Elementes derart, daß der Übertragungsbetrag des Eingangssignals geändert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Eingangspegel-• überwachungsschaltung mit einer zweiten übertragungsfunktion aufweist, daß die Eingangspegelüberwachungsschaltung einen Eingangsanschluß aufweist, dem ein konstantes Eingangssignal

90S810/0S48

2137728

geliefert wird, daß die Pegeleinstellschaltung mit der ersten Funktion und die Eingangspegelüberwachungsschaltung mit der zweiten Funktion gemeinschaftlich ein variables Element aufweisen, und daß das variable Element durch das von der Steuerschaltung extrahierte Pilotsignal geändert wird, so daß der Übertragungsbetrag des konstanten Eingangssignals geändert wird.

909810/0946