DE3007502A1

DE3007502A1 - Schaltung zur aufbereitung eines digital-signales

Info

Publication number: DE3007502A1
Application number: DE19803007502
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 3007 Gehrden Scholz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson oHG
Priority date: 1980-02-28
Filing date: 1980-02-28
Publication date: 1981-09-10
Also published as: US4406988A; FR2477345B1; DE3007502C2; FR2477345A1; JPH0231531B2; JPS56132814A

Description

-Z₁-

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1, 6OOO Frankfurt (Main) 70

Hannover,den 26.02.1980 UE2-H Tr/vß H 80/II

Schaltung zur Aufbereitung eines Digital-Signales

Bei der Übertragung eines Digitalsignales über einen Übertragungsweg (z.B. Speicherplatte, Magnetband oder Leitung) treten im allgemeinen Signalverzerrungen auf. Es ist daher erforderlich, vor einer Auswertung des Signales das Signal aufzubereiten. Bei Digitat5Lgnalen ist es meist wichtig, die Nulldurchgänge des ursprünglich gesendeten Signals möglichst genau zu rekonstruieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Aufbereitung eines Digital-Signales zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Aufbereitung eines Digital-Signals mit den erfindungsgemäßen Merkmalen und

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Impulsdiagramm an verschiedenen Schaltungspunkten der Schaltung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, das ebenfalls den erfindungsgemäßen Merkmalen entspricht.

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Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Aufbereitung eines Digital-Signales, wie es beispielsweise in der ersten Zeile vor. Fi^. 2 (Signal SO) dargestellt ist. Das ankommende Signal SO liegt auf einem beliebigen Gleichspannungspotential Ul, und hat einen mittleren Sitzenwert u. Die Störungen des Signals sind im dargestellten Beispiel vor allem niederfrequent. Sie können durch Frequenzfehler, durch Einstreuung oder auch durch ungleichmäßige Abtastverhältnisse beim Abspielen eines Bandes oder einer Platte entstanden sein. Die Schaltung ist mit einem als Nulldurchgangsdetektor dienenden Komparator 6 aufgebaut. Dem oberen Eingang des Komparators ist von einer Eingangsklemms 1 über eine Serienschaltung aus einem Widerstand 2 und einem Kondensator 3 das Eingangssignal SO zugeführt. Gleichstrommäßig ist der obere Eingang des Komparators 6 über einen Widerstand k gegen Masse geschaltet. Der Eingangswiderstand der Komparatoreingänge ist wesentlich größer als der Viert des Widerstandes k. An den oberen Eingang des Komparators 6 können über eine Leitung 15 mittels Schalter 7 bzw. 11 Klemmpotentiale U3 bzw. U2 angelegt werden. Die Klemmpotentinle U3 und U2 sind durch die Ladespannung von Kondensatoren 8 und 12 gegeben. Die Kondensatoren 8 und 12 liegen mit ihrem.den Schaltern 7 und 11 abgewandten Anschluß an einem festen Potential, z.B. an Masse.

Der untere zweite Eingang des Komparators, der hier als Vergleichseingang dient, ist über zwei gleich große Widerstände l6 und 17 an die Klemmpotentiale U3 und TJ2 angeschlossen. Das Vergleichspotential und damit der Schwellwert des Koirparators liegt also stets auf dem Mittelwert zwischen den beiden Klemmpotentialen U3 und U2. Diese beiden Klemmpotentiale passen sich, wie im Folgenden beschrieben, ständig an die beiden Amplituden-Werte des am oberen Komparatoreingang liegenden Signals an. Dadurch wird erreicht, daß der Schwellwert des Komparators, weitgehend unabhängig von einem im ursprünglichen Signal enthaltenen Gleichspannungsanteil, auf der Mitte zwischen den beiden Amplitudenwerten des Signals gehalten wird.

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BAD

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Die elektronischen Schaltelemente 7 und 11 werden mit Impulsen auf die im folgenden beschriebene Weise angesteuert:

Aus dem Ausgangssignal des !Comparators 6, im dargestellten Beispiel aus dem invertierten Ausgangssignal S2₍ werden mittels zweier monostabiler Kippstufen 9 und 13 Steuerimpulse Pl und P2 abgeleitet. Die Kippstufen 9 und 13 werden derart angesteuert, daß jede ansteigende Flanke des Signals S2 einen Impuls Pl und jede abfallende Flanke einen Impuls P2 erzeugt. Die beiden Kippstufen 9 und 13 sind weiterhin so gegeneinander verriegelt, daß niemals beide Impulse Pl und P2 gleichzeitig auftreten können. Die Schaltung ist so aufgebaut, daß die Impulse Pl den zugehörigen Schalter '7 während der negativen Halbwellen des Signals Sl am Eingang des Komparators 6 und die Impulse P2 den Schalter 11 während der positiven Halbwellen schließen.

Die Signalspannung Sl am Eingang des Komparators 6 und die Klemmpoteniale U3 und U2 beeinflussen sich gegenseitig in der Zeit, in der der jeweilige Schalter 7 bzw. 11 leitend ist. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 8 und 12 sind jedoch im Vergleich zum Wert des Kondensators 3 so groß gewählt, daß der Pegel des Signals Sl z. Zt. der Klemmung (Schließung des jeweiligen Schalters) im wesentlichen von dem angelegten Klemmpotential bestimmt wird. Die Klemmpotentiale passen sich jedoch über mehrere Impulse des Eingangssignales relativ langsam den raitfteren Signalamplituden des Signals Sl an. Umgekehrt werden aber die Amplitudenwerte des Signals Sl durch die Klemmvorgänge in Richtung des jeweiligen Klemmpotentials verschoben. Jeder Nulldurchgang des auf diese Weise hinsichtlich des Komparator*Schwellwertes symmetrierten Signals bewirkt einen Pegelsprung in dem binären Signal S2 am Ausgang des Komparator s 6. In der zweiten Zeile in Fig. 2 ist das geklemmte Signal Sl am Eingang des Komparators und in der dritten Zeile das binäre Ausgangssignal S2 des Komparators 6 dargestellt.

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Die Zeit Tl ist der kleinste in dem Signal vorkommende Abstand zwischen zwei Pegelsprüngen. In den letzten beiden Zeilen der Fig. 2 sind die zu dem Signalbeispiel gehörenden Klemmirnpulsfolgen Pl und P2 gezeigt. Mit T2 ist die Dauer der Impulse Pl und P2 bezeichnet. Mit T3 ist eine Verzögerszeit berücksichtigt, die durch die Kippstufen 9 und 13 entstehen kann oder durch ein zusätzliches Verzögerungsglied (10 in Fig. l) im Signalweg vom Ausgang des !Comparators 6 zu den Eingängen der Kippstufen 9 und 13 erzeugt wird. Mit der Verzögerungszeit T3 kann vorgegeben werden, wieviel Zeit nach einem Nulldurchgang des Signales Sl der jeweilige Klemmschalter 7 bzw. 11 leitend gesteuert werden soll. Bei der Bemessung der Zeiten Tl, T2 und T3 ist zu berücksichtigen, daß die Summe von T2 und T3 den Wert von Tl nicht überschreiten darf.

Bei der Bemessung der Schaltung muß gegebenenfalls ein Durchlaßwiderstand der Schalter 7 und 11 berücksichtigt werden. Die Werte für die Widerstände 2 und k und für die Impulsdauer T2 der Klemmimpulse Pl und P2 müssen für die jeweiligen Störungsund Signalverhältnisse des aufzubereitenden Signals optimiert werden.

Bei der beschriebenen Schaltung wird durch das Zusammenwirken der Schalter 7»H und des Widerstandes 2 auch eine Austastfunktion ausgeübt· Rauschen und andere dem Signal überlagerte hochfrequente Störungen werden während der Klemmzeiten ausgetastet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Signal handelt es sich um ein Signal in Delay Modulation bzw. Miller-Code. Dieses Signal kann einen maximalen Gleichspannungsanteil von 1/3 des Amplitudenwertes enthalten.

Beim Biphase-Code, der keinen Gleichspannungsanteil enthält, kann auch die in Fig. 3 dargestellte Schaltung verwendet werden. Hier liegen beide Komparatoreingänge über z.B. gleich große Widerstände k,5 fest auf dem gleichen Bezugspotential, z.B. Masse. Da in diesem Fall das Verg^eichspotential des Komparator s auf einem festen Potential liegt, kann hier die Wirkung

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der erfindungsgemäßen Klemmschaltung anhand eines sogenannten Augendiagramms geprüft werden.

Bekanntlich kann die Qualität eines Datensignales mittels eines Augendiagramms beurteilt werden. Dabei wird bei einem Oszilloskop die Zeitablenkung durch einen aus dem Signal gewonnenen Systemtakt getriggert und in Y-Richtung die Amplitude des zu prüfenden Signal dargestellt. Venn das Signal einen Leitungscode enthält, bei dem Pegelsprünge nur in einem festen Raster zulässig sind, so ist dieses Raster durch die Häufung von NuI!durchgängen an diesen Stellen erkennbar. Zwischen den Rasterpunkten liegen dunkle Bereiche, die von den positiven und negativen Halbwellen des Signals umschlossen werden. Die dunklen Bereiche sind um so größer, je stabiler die Amplitude

der Halbwellen ist. Wenn man vergleichsweise nacheinander das Signal SO und das Signal Sl im "Augendiagramm" darstellt, so erkennt man, daß wegen der wesentlich größeren dunklen Bereiche im Falle des Signals Sl dieses Signal Sl wesentlich günstiger für eine fehlerfreie Signalauswertung ist.

In der Schaltung Fig. 1 gibt das Augendiagramm des Signals Sl nicht unbedingt eine exakte Auskunft über mögliche Störungen bei der Auswertung. Bei Änderungen des Gleichspannungsanteils im Ursprungssignal müßte nämlich berücksichtigt werden, daß sich die Lage des Komparatorschwellwertes ebenfalls ändert, und zwar in für die Auswertung günstiger V/eise.

Die Bauelemente der Schaltung gemäß Fig. 1 und 3 können beispielsweise folgendermaßen dimensioniert werden: Widerstand 2 : 270 Ohm
Widerstände k,5 : 1 kOhtn
Widerstände 16,17: 2,2 kOhm
Kondensator 3 : 3»3 nF
Kondensator 8 : 0,1 MF
Kondensator 12 : 0,1 MF
Impulsdauer T2 : 400 ns
Verzögerungszeit T3: 90 ns

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Bei dieser Bemessung ist ein minimaler Abstand der Pegelsprünge im Nutzsignal von Tl = 58O ns zugrundegelegt.

Für den Komparator 6 kann die integrierte Schaltung " «A 76O", für die monostabilen Kippstufen die integrierte Schaltung 74C221 und für die Schaltelemente 7 und 11 die integrierte Schaltung 4o66 verwendet werden.

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Claims

H 80/11 Patentansprüche

/ 1. Schaltung zur Aufbereitung eines Nutzsignals, bei dem eine Information in den Nulldurchgängen des Nutzsignals enthalten ist, mit einem Kondensator im Signalweg, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Das Nutzsignal (SO) ist dem Eingang eines Nulldurchgangsdetektors (6) zugeführt.

- Durch Klemmimpulse (Pl,P2) wird das Nutzsignal abwechselnd auf ein den positiven Signalbestandteilen zugeordnetes, erstes (U2) und ein den negativen Signalbestandteilen zugeordnetes, zweites(U3) Klemmpotential geschaltet.

- Die Klemmimpulse (Pl,P2) sind aus dem Nutzsignal (S2) abgeleitet.

2. Schaltung nach Anspruch 1, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

- Es ist ein zweiter, der einen Polarität (-) des Nutzsignales (SO) zugeordneter und ein dritter, der anderen Polcritat ( + ) zugeordneter Kondensator (8 bzw. 12) vorgesehen.

- Es sind Schaltelemente (7,11) vorgesehen, mittels der die Spannungen (U3,U2) des zweiten (8) und dritten (12) Kondensators an den Nutzsignalweg als Klemmpotentiale anschaltbar sind.

- Die Schaltelemente werden von den Klemmimpulsen (Pl,P2) jeweils innerhalb der Zeit, in der die ihnen zugeordnete Polarität des Nutzsignales (SO) auftritt, für eine zueinander gleich lange Dauer (T2) angesteuert.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte des zweiten (8) und dritten (12) Kondensators wesentlich größer als der Wert des ersten im Signalweg liegenden Kondensators (3) gewählt sind.

k. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: Das Nutzsignal (SO) ist an eine gegen Bezugspotential in Serie geschaltete Anordnung aus dem ersten Kondensator (3) und einem Widerstand (k) gelegt.

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- 2 - H δθ/11

An den Verbindungspunkt des ersten Kondensators (3) mit dem Widerstand (4) ist der Nulldurchgangsdetektor (6) angeschlossen und sind die Klemmpotentiale (U2,U3) ankoppelbar.

5. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Nulldurchgangsdetektor ein Komparator (6) dient, dem als Vergleichsspannung der Mittelwert der beiden Klemmpotentiale (U2, U3) zugeführt wird (Fig. l).

6. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Nulldurchgangsdetektor (6) ein Komparator dient, dem als Vergleichsspannung das Bezugspotential zugeführt ist (Fig. 3).

7. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Klemmimpulse (Pl,P2) zwei monostabile Kippstufen (9il3) vorgesehen sind, von denen die eine von den ansteigenden Flanken des Nutzsignals und die andere von den abfallenden Flanken des Nutzsignals getriggert wird.

8. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen (9₃13) zur Erzeugung der Klemmimpulse (Pl,P2) so gegeneinander verriegelt sind, daß zu keinem Zeitpunkt beide Klemmimpulse (Pl,P2) gleichzeitig auftreten können.

9. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmimpulse (Pl, P2) von dem Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors (6) abgeleitet sind.

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10. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang das Nulldurchgangsdetektors (6) und die Eingänge der Kippstufen (9il3) eine Verzögerungsschaltung (1O) geschaltet ist.

11. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Klemmimpulse (T2) so bemessen ist, daß die Summe aus Verzögerungszeit (T3) und Klemmimpulsdauer (T2) kürzer ist als die Dauer der kürzesten im Nutzsignal vorkommenden HaIcwelle (Tl).

12. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nutzsignal der Klemmschaltung über einen Widerstand (2) zugeführt vird, so daß während der Klemmzeit zumindest eine teilweise Austastung von Störsignalen erfolgt.

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