DE3013678A1

DE3013678A1 - Elektronische schaltungsanordnung zur erzeugung geregelter anstiegs- und abfallzeiten eines sinusquadrat-signals

Info

Publication number: DE3013678A1
Application number: DE19803013678
Authority: DE
Inventors: Birney David Dayton
Original assignee: Grass Valley Group Inc
Current assignee: Grass Valley Group Inc
Priority date: 1979-04-09
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1980-10-16
Also published as: FR2454226B1; JPS6351416B2; JPS55140324A; FR2454226A1; DE3013678C2; GB2048004B; NL8001160A; GB2048004A; US4311921A; CA1134460A

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zur Erzeugung geregelter Anstiegs- und Abfallzeiten eines Sinusquadrat-Signals aus rechteckförmigen Eingangsstromimpulsen.

Sinusquadrat-Übergangssignale werden in der Fernsehindustrie verwendet. Sie erscheinen im T- und 2T-Impuls, im Balken-Signal sowie im 20T- und modulierten 20T-Testsignal. Sie werden auch dazu verwendet, Übergangsformen von anderen Fernsehtest- und Betriebsimpulsen zu formen.

Bisher wurden bei der Sinusquadrat-Formung von Anstiegs- und Abfallzeiten von Fernsehimpulsen passive Vielelement-Filter verwendet. In "Proceedings IEE", (London), Vol. 99, Part III, 1952, Seite 373 ist ein Verfahren zur Synthese derartiger Filter bekannt geworden, welche als Thompson-Filter bezeichnet werden. In "IEEE Transactions on Broadcasting", Vol. BC-1&Λ Nr. 4, 1970, S. 84 sind Verbesserungen des Thompson-Filters beschrieben. Derartige Ausführungsformen sind in weitem Umfang in der Fernsehindustrie verwendet worden. Dabei haben sich jedoch aufgrund des Aufwandes und damit der Kosten sowie aufgrund der Schwierigkeiten in der Anpassung von durch die Elemente des passiven Filters bedingten Verzögerungen Schwierigkeiten ergeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sinusquadrat-Impulsformerschaltung mit sehr geringfügiger passiver Filterung anzugeben.

Eine derartige Sinusquadrat-Impulsformerschaltung soll insbesondere eine lediglich minimale Verzögerung im Signalweg hervorrufen.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine elektronische Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

Einen Konverter zur Überführung der rechteckförmigen Eingangs-Stromimpulse in trapezförmige Stromsignale, einen an den Konverter angekoppelten, die trapezförmigen Stromimpulse aufnehmenden und puffernden Pufferverstärker, eine an den Pufferverstärker angekoppelte Sinusquadrat-Impulsformerschaltung zur Aufnahme und Überführung der trapezförmigen Stromimpulse in Sinusquadrat-Stromimpulse und ein Element, an dem sich die Sinusquadrat-Stromimpulse entwickeln.

In der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Impulsformer-Schaltungsanordnung wird ein rechteckförmiges Eingangssignal mit schnellen Anstiegs- und Abfallübergängen in die Schaltungsanordnung eingegeben und modifiziert. Der Impuls durchläuft zunächst einen Trapez-Generator, welcher die Anstiegsund Abfallübergänge des Eingangsimpulses begrenzt. Das trapezförmige Signal wird so gedämpft, daß es gerade die differentielle Übergangsspannung eines Differenz-Transistor-Paars übersteigt. Das trapezförmige Signal wird dadurch aufgrund der nicht-linearen Transfercharakteristik des Differenz-Transistorpaars geformt. Der geformte Signalstrom wird sodann in einen Eingangsknoten eines Stromverstärkers eingegeben und verläßt die Schaltungsanordnung als Impuls mit Sinusquadrat-förmigen Anstiegs- und Abfallzeiten· Dabei ist lediglich ein geringer Betrag an passiver Filterung erforderlich (ein Kondensator).

Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Impulsformer-Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Impulsformer-Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung verschiedener in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auftretender Signalformen, wie sie auf einem Oszillographen darstellbar sind;

Fig. 4 ein Diagramm der nicht-linearen Charakteristik eines bipolaren Transistors; und

Fig. 5 eine Darstellung des durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 erzeugten Ausgangsimpulses.

Gemäß dem Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Impulsformerschaltungsanordnung nach Fig. 1 tritt ein zu formender Impuls über eine Eingangsleitung 5, welche auf den Eingang eines Trapezgenerators 10 führt, in die Schaltungsanordnung ein. Das Ausgangssignal des Trapezgenerators wird über einen Puffer 20 in eine Sinusquadrat-Impulsformerschaltung 30 eingespeist. Das Ausgangssignal dieser Impulsformerschaltung wird über einen. Verstärker 40 und sodann auf eine Ausgangsleitung 50 geführt.

Ein schnell ansteigender Eingangsimpuls 200 gemäß Fig. 3 wird in seinen Anstiegs- und seinem Abfallübergang durch den Trapezgenerator 10 begrenzt. Die Ausgestaltung des Trapezgenerators 10 kann konventioneller Art sein, wie dies beispielsweise in "Electronics Circuits Manual" erschienen 1971 bei McGraw-Hill, Inc., S. 624, beschrieben ist. Normalerweise sind ein Anstiegs- und ein Abfallübergang eines trapezförmigen Ausgangsimpulses 210 gleich eingestellt. Diese übergänge können jedoch auch ungleich sein, wobei das Ausgangs-

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signal der Sinusquadrat-Impulsformerschaltung dennoch Sinusquadra t-förmi ge Übergänge besitzt. Die Amplitude des trapezförmigen Impulses wird so begrenzt, daß die Sinusquadrat-Impulsformerschaltung 10 richtig betrieben wird. Der Sinusquadratförmi ge Strom kann durch einen Widerstand oder einen anderen Ausgangskreis gebildet werden, wobei es sich beispielsweise um den Stromverstärker 40 nach Fig. 1 handelt. Ein verstärkter Sinusquadrat-Impuls 220 entsteht auf der Leitung 50 der Schaltungsanordnung, wobei die Sinusquadrat-Übergänge und die Impulsbreite die gleichen wie beim Eingangsimpuis 200 sind.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Sinus-Quadrat-Impulsformer schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. Der zu formende Eingangsimpuis ist im Ausführungsbeispiel· ein 5 V-Rechteckimpuis.

Der Eingangsimpuis 200 wird über einen Widerstand 125 in die Basis eines NPN-Transistors 105 eingespeist. Der Ko^ektor dieses Transistors 105 ist mit dem Emitter eines PNP-Transistors 100 verbunden, während der Emitter des Transistors 105 mit der Basis des Transistors 100 verbunden ist. Ein Ende eines Widerstandes 115 ist an den Emitter des Transistors 100 und den Ko^ektor des Transistors 105 angekoppelt, während das andere Ende dieses Widerstandes mit einer Spannungsquel·l·e von 10 V gekoppe^ ist. Der Ko^ektor des· Transistors 100 ist über eine Diode 110 an einen Widerstand 120 angekoppeit, dessen anderes Ende an einer Spannungsquel·l·e von -10 V Megt. Die Kathode der Diode 110 ist an die Basis eines PNP-Puffertransistors 20 angekoppelt. Ein Kondensator 30 ist mit einem Anschluß geerdet und mit dem anderen Anschluß zwischen die Basis des Transistors 20 und die Kathode der Diode 110 geschaltet. Der Koilektor des Puffertransistors 20 iiegt an Masse, während sein Emitter über einen Widerstand 135 an die Spannungsquel·l·e von 10V und über einen

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Widerstand 145 an die Basis eines PNP-Transistors 140 angekoppelt ist. Der Kollektor des Transistors 140 liegt an Masse, während sein Emitter an den Emitter eines PNP-Transistors 150 angekoppelt ist. Ein Ende eines Widerstandes 155 liegt an der Spannungsquelle von 10V, während dessen anderes Ende zwischen den Emitter des Transistors 140 und den Emitter des Transistors 150 geschaltet ist. Die Basis des Transistors 150 liegt über einen Widerstand 165 an einer Spannungsquelle von 5 V und über einen Widerstand 160 an Masse. Zwischen ein Ende des Widerstandes 165 und der Basis des Transistors 140 ist ein Widerstand 170 geschaltet.

Das Ausgangssignal des Sinusquadrat-Impulsformer-Transistorpaars 140, 150 wird am Kollektor des Transistors 150 abgenommen, welcher an einen invertierenden Eingang des Verstärkers 40 angekoppelt ist. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 40 liegt an Masse. Ein Ende eines Widerstandes 45 ist an den Ausgang des Verstärkers 40 angekoppelt, während das andere^ Ende dieses Widerstandes an den invertierenden Eingang des Verstärkers 40 angekoppelt ist.

Wie ausgeführt, wird der Eingangsimpuls 200 über die Leitung 5 in die Schaltungsanordnung eingegeben. Dieser Eingangsimpuls 200 ist wie erwähnt rechteckförmig. Der Transistor 105 invertiert diesen Eingangsimpuls. Der invertierte Impuls wird in den Transistor 100 eingespeist. Dieser Transistor 100 erzeugt einen Ladestrom für den Kondensator 130 während des positiven Übergangs des Eingangsimpulses. Damit wird ein sägezahnförmiger positiver Übergang des Stromimpulses an der Basis 20 erzeugt. Während des negativen Übergangs des Eingangsimpulses erzeugt der aus der Spannungsquelle von -10V über den Widerstand 120 fließende Strom einen sägeζahnförmigen negativen übergang für den Impuls an der Basis des Transistors 20. Der Transistor 20 wirkt als Puffer für den resultierenden trapezförmigen Impuls, welcher an seiner Basis erzeugt wird.

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Der trapezförmige Stromimpuls 210 wird in das Differenztransistorpaar 140, 150 eingespeist. Durch geeignete Wahl der Widerstände 135, 145, 155, 160 und 165 wird das Differenzpaar so vorgespannt, dap jeder Transistor in seinem nicht-linearen Bereich arbeitet. Fig. 4 zeigt die Transfercharakteristik eines typischen Bipolartransistors, wie er in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendet wird. Für einen normalen linearen Betrieb dieses Transistors wird ein Arbeitspunkt so gewählt, daß sich eine lineare Transfercharakteristik ergibt, die zwischen den Punkten A und B der Transferkurve nach Fig. 4 liegt. In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird der Transistor jedoch so vorgespannt, daß die gesamte Transfercharakteristik nach Fig. 4 erzeugt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel· der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden folgende Widerstandswerte zur Realisierung der gewünschten Vorspannung verwendet:

Widerstand Wert (Ohm)

135 3010, + 5 %

145 2150, + 1 %

155 10000, + 5 %

160 2940, + 1 %

165 499, + 1 %

Die vorstehend angegebenen Werte sind lediglich Beispiele und besitzen keinen allgemeinen beschränkenden Charakter.

Die beiden Transistoren 140 und 150 werden für einen nichtlinearen Betrieb vorgespannt. Daher werden der positive und der negative sägezahnförmige Übergang des trapezförmigen Impulses in eine Form nach Fig. 5 überführt, welche den Aus gangs stromimpuls am Kollektor des Transistors 150 zeigt. Die Breite des Ausgangsstromimpuises ist gleich der Breite

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des Eingangsstromxmpulses. Dieser Strom kann über einen an Masse geschalteten Widerstand in eine geeignete Spannung überführt werden. Andererseits kann dieser Strom jedoch auch gemäß Fig. 2 in den Eingang des dort dargestellten Stromverstärkers eingespeist werden. Dieser rückgekoppelte Verstärker besitzt neben anderen Vorteilen die Fähigkeit einer Pegel -verschiebung und eine verbesserte Ausgangs linearität.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung handelt es sich also um eine aktive elektronische Schaltungsanordnung, welche geregelte Anstiegs- und Abfallzeiten von Sinusquadrat-Signalformen für rechteckige Eingangsimpulse erzeugt. In der Schaltungsanordnung wird die nicht-lineare Transfercharakteristik eines Paars von als Differenzverstärker geschalteten bipolaren Transistoren ausgenutzt, um die gewünschte Sinusquadrat-Formung zu erzeugen. Da lediglich ein kapazitives Element verwendet wird, ergibt sich eine sehr kleine Verzögerung.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-ung. H. ^eickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska 3013678

DXIIIH Ο ll_n.j!

8000 MÜNCHEN 86, DEN «»· ΛρΓίί

POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

THE GRASS VALLEY GROUP, INC.,

Bitney Springs Road, Grass Valley, Ca. 95945, V.St.A.

Elektronische Schaltungsanordnung zur Erzeugung geregelter Anstiegs- und Abfallzeiten eines Sinusquadrat-Signals

Patentansprüche

.) Elektronische Schaltungsanordnung zur Erzeugung geregelter Anstiegs- und Abfallzeiten eines Sinusquadrat-Signals aus rechteckförmigen Eingangsstromimpulsen, gekennzeichnet durch einen Konverter (10) zur überführung der rechteckförmigen Eingangsstromimpulse in trapezförmige Stromimpulse, durch einen an den Konverter (10) angekoppelten, die trapezförmigen Stromimpulse aufnehmenden und puffernden Pufferverstärker (20) , durch eine an den Pufferverstärker (20) angekoppelte Sinusquadrat- Impulsformerschaltung (30) zur Aufnahme und überführung der trapezförmigen Stromimpulse in Sinusquadrat-Stromimpulse und durch ein Element (40, 45), an

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dem sich die Sinusquadrat-Stromimpulse entwickeln.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinusquadrat-Impulsformerschaltung (30) ein Paar von als Differenzverstärker geschalteten Transistoren (140, 150) aufweisen, die so vorgespannt sind, daß sie im nicht-linearen Teil ihres Betriebsbereichs arbeiten.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Differenzverstärker geschaltete Transistorpaar (140, 150) an den Pufferverstärker (20) angekoppelt ist, um die gepufferten trapezförmigen Stromsignale aufzunehmen und in Sinusquadrat-Stromimpulse zu überführen.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferverstärker (20) einen als Emitterfolger geschalteten Transistorverstärker aufweist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element, an dem sich die Sinusquadrat-Stromimpulse entwickeln, ein an Masse geschalteter Widerstand ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element, an dem sich die Sinusquadrat-Stromimpulse entwickeln, ein rückgekoppelter Verstärker (40, 45) ist.

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