DE2937984A1

DE2937984A1 - Schaltungsanordnung zum erzeugen zweier rechteckfoermiger wechselspannungen

Info

Publication number: DE2937984A1
Application number: DE19792937984
Authority: DE
Inventors: Kemens 1000 Berlin Erdmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1979-09-20
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2937984C2

Description

Schaltungsanordnung zum Erzeugen zweier
rechteckförmiger Wechselspannungen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon bekannt (DE-AS 21 43 562), bei einem nach dem Interferenzstromprinzip arbeitenden Reizstromgerät zuei in der Phase verschobene Wechselspannungen von einem einzigen Oszillator abzuleiten, indem die Oszillatorspannung dem einen Elektrodenpaar des Reizstromgerätes ohne Phasenverschiebung und dem anderen Elektrodenpaar über einen Phasenschieber, dessen Phasenwinkel rhythmisch verändert wird, zugeführt wird. Der Phasenschieber besteht bei dem bekannten Reizstromgerät aus Differenzierschaltungen und Monoflopschaltungen, von denen eine Monoflopschaltung durch eine Sinusspannung, das heißt analog, angesteuert wird. Die Verwendung von Monoflopschaltungen hat den Nachteil, daß eine sorgfältige Einstellung der Zeitkonstanten nötig ist, wenn die üblicherweise geforderte geringe Frequenztoleranz der im Körper interferierenden -Wechselströme eingehalten werden soll. Außerdem werden für die Monoflopschaltungen eng tolerierte Bauelemente benötigt.
Es ist weiterhin ein Interferenz-Reizstromgerät bekannt (europäische PatentanmelduT,j 2 811), bei dem die Bereitstellung der phasenverschobenen Wechselströme unter Anwendung von Digitalschaltungen realisiert wird. Das bekannte Interferenz-P.eizs romgerät enthält jedoch eine Steuerschaltung, die aus einem monostabilen Multivibrator mit steuerbarer Impulsbreite besteht, die also die vorgenannten Nachteile aufweist. Außerdem setzt das bekannte Interferenz-Reizstromgerät einen umfangreichen Schaltungsaufwand voraus.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sie ausschließlich mit digitalen Schaltungsmitteln arbeitet, wodurch auf eine Abstimmung von Flipflopschaltungen und auf eng tolerierte Bauelemente verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit der Schaltungsanordnung Phasenverschiebungen < 10 realisiert werden können. Schließlich ist auch der Schaltungsaufwand im Vergleich zu den bekannten Schaltungen geringer.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Steuerfrequenzgenerator an seinem ersten Ausgang verschiedene Eckfrequenzpaare mit je einer unteren Eckfrequenz und einer oberen Eckfrequenz, ar pcn zweiten Ausgang eine Taktfrequenz für den voreinstell-¢ zähler und an dem dritten Ausgang eine rechteckförmige ~>fe;-elzspannung konstanter Frequenz abgibt und wenn die Referenzfrequenz des Steuerfrequenzgenerators an einem Eingang der Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung liegt und den voreinstellbaren Zähler derart beeinflußt, daß er zwei Zählzyklen pro Periode der Referenzfrequenz ausführt.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgen#den Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein Interferenz-Reizstromgerät, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Referenzspannung und der dazu phasenverschobenen Spannung, Fig. 3 ein ausführlicheres Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 4 den zeitlichen Verlauf von Spannungen an verschiedenen Punktes der Schaltung.
Beschreibung der Erfindung Nach dem Blockschaltbild in Fig. 1 enthält eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Erzeugen zweier Wechselspannungen einen Steuerfrequenzgenerator 10, dessen erster Ausgang 11 mit einem Eingang einer Frequenzaufbereitungsschaltung 12 verbunden ist.
Ein Wobbelbereichswähler 13 steht mit einem weiteren Eingang der Frequenzaufbereitungsschaltung 12 in Verbindung. An die Frequenzaufbereitungsschaltung schließen sich in Serie ein Adreßzähler 14, ein Programmspeicher 15, ein voreinstellbarer Zähler 16 und eine Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung 17 an.
Die Reihenschaltung aus den Baueinheiten 12 und 14 bis 17 bildet eine Frequenzbearbeitungsschaltung 18; vgl. in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien umrahmter Schaltungsteil.
Der Programmspeicher 15 wird durch einen Funktionswähler 19 beeinflußt. Zwischen cez voreinstellbaren Zähler 16 und der Schaltung 17 sind zwei Verbindungsleitungen 20, 21 vorgesehen.
Der Steuerfrequenzgenerator 10 hat noch einen zweiten Ausgang 22 und einen dritten Ausgang 23. Beide Ausgänge sind mit je einem Eingang der Schaltung 17 verbunden, und der dritte Ausgang 23 bildet gleichzeitig einen Ausgang 24 der Schaltungsanordnung, an dem die erste rechteckförmige Wechselspannung Uref abgegriffen werden kann. An einem Ausgang 25 der Frequenzbearbeitungsschaltung 18 bzw. der Schaltung 17 steht die zweite rechteckförmige Wechselspannung U zur Verfügung.
ph Bei einem Interferenz-Reizstromgerät sind die Ausgänge 24 und 25 über je ein Tiefpaßfilter 26, 27 und je einen Endverstärker 28, 29 mit je einem Elektrodenpaar 30, 31 verbunden.
Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung nach Fig. 1 hat folgende Funktion.
Der Steuerfrequenzgenerator 10 liefert an seinem ersten Ausgang 11 verschiedene Eckfrequenzpaare FE1 ..., von denen mit dem Wobbelbereichswähler 13 ein bestimmtes Eckfrequenzpaar, zum Beispiel FE1, mit einer unteren Grenzfrequenz #u1 = 1,25 kHz und einer oberen Frenzfrequenz fol = 3,2 kHz ausgewählt wird.
Die Frequenzaufbereitungsschaltung 12 gibt an ihrem Ausgang eine Rechteckspannung ab, deren Frequenz fw linear zwischen den beiden Eckfrequenzen ansteigt und danach in umgekehrter Richtung wieder abfällt usw. Der Adreßzähler 14 schaltet bei jeder Schwingung der Rechteckspannung mit der Frequenz fw um einen Zählschritt weiter und liefert- an seinem Ausgang ein dem jeweiligen Zählerstand entsprechendes binäres Adreßsignal an den Programmspeicher 15.
Der Programmspeicher 15 ist durch den Funktionswähler 19 auf eine bestimmte Funktion der Phasenverschiebung über der Zeit eingestellt. Am Ausgang des Programmspeichers 15 steht dann ein der jeweiligen Phasenverschiebung entsprechender Voreinstellwert für einen voreinstellbaren Zähler 16 zur Verfügung. Der voreinstellbare Zähler zählt bis zum Erreichen des jeweiligen Voreinstellwertes im Takte der Taktfrequenz fT von zum Beispiel 2,2 MHz und synchronisiert durch die Referenzfrequenz fR von zum Beispiel 5 kHz die Schwingungen der Taktfrequenz, wobei der voreinstellbare Zähler pro Periode der Referenzfrequenz zur zwei Zählzyklen ausführt. Am Ende eines jeden Zählzyklus gibt der voreinstellbare Zähler 16 einen Impuls ab. Je zwei aufeinanderfolgende Impulse werden in der Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung 17 zur Erzeugung einer Halbperiode der phasenverschobenen Spannung Uph herangezogen unter gleichzeitiger Synchronisierung durch die Referenzspannung mit der Frequenz fR.
In Fig. 2 ist gezeigt, wie die Phasenverschiebung der zweiten Wechselspannung Uph rhythmisch zwischen 0o und einer Phase verschiebung ~marx1 die maximal 1790 betragen kann, schwankt.
Die rechteckförmigen Wechselspannungen Uref und Uph werden in den Tiefpaßfiltern 26, 27 in sinusförmige Spannungen umgewandelt, die in den Endverstärkern 28 und 29 verstärkt werden.
Die verstärkten Sinusspannungen liegen an den Elektrodenpaaren 30, 31 des Interferenz-Reizstromgerätes. Werden die Elektrodenpaare an einem Körperteil derart angelegt, daß sich die Stromwege an einer bestimmten, vorwählbaren Stelle kreuzen, so treten an dem Kreuzungspunkt Interferenzschwingungen auf.
Die Kurvenform der Hüllkurve der Interferenzschwingungen, das ist zum Beispiel eine sinusförmige oder rechteckförmige oder dreieckförmige Kurvenform, hängt von der jeweiligen Einstellung des Funktionswählers 19 und die Hüllkurvenfrequenz von der jeweiligen Einstellung des Wobbelbereichwählers 13 ab.
In dem in Fig. 3 gezeigten ausführlicheren Blockschaltbild der Frequenzbearbeitungsschaltung 18 nach Fig. 1 entsprechen den Baueinheiten 12 und 15 bis 17 die durch strichpunktierte Linien umrahmten Schaltungsteile.
Die Frequenzaufbereitungsschaltung 12, deren Eingänge mit dem Steuerfrequenzgenerator 10 und dem Wobbelbereichswähler 13 in Verbindung stehen, umfaßt eine Schaltereinrichtung 40, das ist vorzugsweise eine integrierte Schaltung vom Typ ZB 4051 BE, eine PLL(phase-locked-loop)-Schaltung 41, das ist vorzugsweise eine integrierte Schaltung vom Typ SCL 4046 BE, und eine Ansteuerungsschaltung 42, die zum eckfrequenzabhängigen Ansteuern eines VCO-Oszillators der PLL-Schaltung 41 dient. Die die Wobbelfrequenz fw abgebende PLL-Schaltung ist mit dem Adreßzähler 14 verbunden, der aus einem Binärzähler 43, das ist vorzugsweise eine integrierte Schaltung vom Typ SN 74393, und einer damit verbundenen logischen Verknüpfungsschaltung 44 besteht. An den Ausgang der logischen Verknüpfungsschaltung des Adreßzählers schließt sich der Programmspeicher 15 an, das ist vorzugsweise eine integrierte Schaltung vom Typ MMI 6331. Der sich an den Programmspeicher 15 anschließende voreinstellbare Zähler 16 enthält zwei 4-bit-Rückwärtszähler 45 und 46, das sind vorzugsweise integrierte Schaltungen vom Typ MC 14516.
Zu der Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung 17 gehören zwei ein- und ausgangsseitig parallelgeschaltete Flipflopschaltungen 47 und 48, deren Ausgänge über eine logische Verknüpfungsschaltung 49 mit je einem Clock-Eingang 50, 51 der Zählschaltungen 45 und 46 verbunden sind. An die Ausgänge der ersten und zweiten Flipflopschaltung 47 und 48 schließt sich eine dritte Flipflopschaltung 52 an, deren Ausgang 53 dem Ausgang 25 der Frequenzaufbereitungsschaltung entspricht.
Anhand der Fig. 4 wird die Erzeugung der sich rhythmisch in der Phase ändernden Ausgangsspannung Uph erläutert.
Mit der ansteigenden Flanke a wird der voreinstellbare Zähler 16 gestartet. Nach der voreingestellten Zahl von Taktimpulsen der Taktfreguenz f gibt der voreinstellbare Zähler 16 einen Impuls b ab, der die Flipflopschaltung 47 setzt. Mit dem Setzen der ersten Flipflopschaltung 47 setzt diese gleichzeitig die dritte Flipflopschaltung 52. Die von der dritten Flipflopschaltung 52 abgegebene Spannung UPh hat somit gegenüber der Referenzspannung Uref eine Phasenverschiebung f1 von zum Beispiel 700. Am Ende des Impulses der Referenzspannung Uref, das heißt bei der abfallenden Flanke c, wird die erste Flipflopschaltung 47 zurückgesetzt und der voreinstellbare Zähler erneut gestartet. Entsprechend ihrem Voreinstellwert gibt der voreinstellbare Zähler 16 am Ende der Zählung einen Impuls d ab, durch den die zweite Flipflopschaltung 48 gesetzt wird. Die zweite Flipflopschaltung 48 steuert die dritte Flipflopschaltung 52 derart an, daß die Signalspannung am Ausgang 53 eine ansteigende Flanke e aufweist. Die Impulslänge der Spannung Uph ist also durch die Impulse b und d bestimmt.

Claims

An sprüche 1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen zweier rechteckförmiger Wechselspannungen mit einem Steuerfrequenzgenerator, von dem die erste Wechselspannung unmittelbar und die zweite Wechselspannung über eine Frequenzbearbeitungseinrichtung abgeleitet wird, die die gegenüber der ersten Wechselspannung rhythmisch in der Phase verschobene zweite Wechselspannung liefert, und mit Einstellmitteln zum vorwählbaren Einstellen der Geschwindigkeit der Phasenverschiebung und der Funktion der Phasenverschiebung über der Zeit, vorzugsweise in einem Interferenz-Reizstromgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbearbeitungseinrichtung (18) eine Reihenschaltung aus einer Frequenzaufbereitungsschaltung (12), einem Adreßzähler (14), einem Programmspeicher (15), einem voreinstellbaren Zähler (16) und einer Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung (17) umfaßt, daß die Einstellmittel aus einem mit der Frequenzaufbereitungsschaltung verbundenen Wobbelbereichszähler (13) und einem mit dem Programmspeicher (15) verbundenen Funktionswähler (19) bestehen und daß ein erster Ausgang (11) des Steuerfrequenzgenerators (10) mit der Frequenzaufbereitungsschaltung, ein zweiter Ausgang (22) und ein dritter Ausgang (23) mit der Impulsaufbereitungs-und Zählersynchronisierschaltung verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerfrequenzgenerator (10) an seinem ersten Ausgang (11) verschiedene Eckfrequenzpaare (FEl, FE2 ) mit je einer unteren Eckfrequenz (zu1) und oberen Eckfrequenz (wo1), an dem zweiten Ausgang (22) eine Taktfrequenz (fT) für den voreinstellbaren Zähler (16) und an dem dritten Ausgang (23) eine rechteckförmige Referenzspannung (Uref) ref konstanter Frequenz (fR) abgibt
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzaufbereitungsschaltung (12) in Abhängigkeit von dem mit dem Wobbelbereichswähler (13) vorgewählten Eckfrequenzpaar (FEl) eine Signalspannung mit einer sich linear zwischen den Eckfrequenzen Ec u ändernden Frequenz an den Adreßzähler (14) abgibt, der je Schwingung der Signalspannung einen Zählschritt ausführt, daß ein dem jeweiligen Zählerstand des Adreßzählers entsprechendes Adreßsignal dem Prograiamspeicher (15) zugeführt wird und daß der Programmspeicher bei jedem Adreßsignal einen bestimmten, einer vorprogrammierten Phasenverschiebung (#) entsprechenden Binärwert als Voreinstellwert an den voreinstellbaren Zähler (16) abgibt, der im Takt der Taktfrequenz (fT) zählt und beim Erreichen eines jeden Voreinstellwertes je einen Impuls erzeugt, mit dem in der Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung (17) eine Flanke einer Rechteckschwingung der zu erzeugenden Wechselspannung (Uph) gesetzt wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfrequenz (fR) des Steuerfrequenzgenerators (10) an einem Eingang der Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung (17) liegt und den voreinstellbaren Zähler (16) derart beeinflußt, daß er zwei Zählzyklen pro Periode der Referenzfrequenz (fR) ausführt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionswähler (19) für jede gewünschte Funktion der Phasenverschiebung über der Zeit einen bestimmten Prograiunabschnitt von mehreren in dem Programmspeicher (15) gespeicherten Programmabschnitten aktiviert.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Progr&amspeicher, die für je eine der gewünschten Funktionen der Phasenverschiebung über der Zeit programmiert sind, parallelgeschaltet sind und daß der Funktionswähler (19) derart beschaffen ist, daß mit ihm jeweils ein Programmspeicher aktiviert wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adreßzähler (14) ein Binärzähler ist, dessen Ausgänge derart logisch verknüpft sind, daß die Ausgangswerte des Adreßzählers in jedem zweiten Zählzy!#lus invertiert werden.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmspeicher (15) ein programmierbarer Speicher ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der voreinstellbare Zähler (16) aus zwei miteinander gekoppelten Binär-Rückwärtszählern gleichen Typs besteht.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsaufbereitungs- und Zählersynchronisierschaltung (17) zur Impulsaufbereitung drei miteinander gekoppelte Flipflopschaltungen (47, 48, 52) enthält, von denen zwei Flipflopschaltungen (47, 48) durch die Impulse des voreinstellbaren Zählers (16) und die Referenzfrequenz (fR) und die dritte Flipflopschaltung (52) durch die Ausgangssignale der ersten und zweiten Flipflopschaltung angesteuert werden, und zur Zählersynchronisation eine Verknüpfungsschaltung (49) aufweist, die in Abhängigkeit von der Referenzfrequenz (fR) und dem Voreinstellwert des Programmspeichers (15) dem voreinstellbaren Zähler (16) die Taktimpulse (fT) )zuführt.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und folgenden für ein Interferenz-Reizstromgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckförmigen Wechselspannungen (Uref, Uph) über je ein Filternetzwerk (26, 27), das die rechteckförmige Wechselspannung in eine sinusförmige Wechselspannung umwandelt, je einem rndverstärker (28, 29) zugeführt werden, deren Ausgänge mit je einem Elektrodenpaar (30, 31) verbunden sind.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzaufbereitungsschaltung (12) eine PLL-Schaltung (41), eine Ansteueungsschaltng (42) zum Ansteuern eines VCO-Oszillators der PLL-Schaltung und eine elektronische Schaltereinrichtung (40) zum Einschalten jeweils eines Eckfrequenzpaars (FE1) enthält.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfrequenz (fR) und die Taktfrequenz (fT) in einem Verhältnis von etwa 1 : 200 stehen.