DE3043921C2

DE3043921C2 - Circuit for broadband detection of the amplitude maxima of signals

Info

Publication number: DE3043921C2
Application number: DE19803043921
Authority: DE
Inventors: Lothar 3012 Langenhagen Schmidt
Original assignee: Polygram 2000 Hamburg De GmbH
Current assignee: Polygram 2000 Hamburg De GmbH
Priority date: 1980-11-21
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1983-05-05
Also published as: DE3043921A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur breitbandigen Detektion der Amplitudenmaxima von Signalen, unter Verwendung eines Verstärkers mit zwei zueinander inversen Eingängen, eines Diodenpaares und eines Ladekondensators.The invention relates to a circuit for broadband detection of the amplitude maxima of Signals, using an amplifier with two inputs that are inverse to one another, a pair of diodes and a charging capacitor.

Schaltungen dieser Art eignen sich für Signalanalysen überall dort, wo die Analyse unter anderem Aufschluß über die zeitliche Lage von Amplitudenmaxima oder auch die Anzahl auftretender Amplitudenmaxima innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls geben soll.Circuits of this type are suitable for signal analysis wherever the analysis provides information, among other things about the temporal position of amplitude maxima or also the number of occurring amplitude maxima should give within a certain time interval.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet solcher Schaltungen sind jedoch digitale Signale. Digitale Signale so haben im allgemeinen ein relativ breites Frequenzspektrum und erleiden deshalb bei der Übertragung über bandbegrenzte Kanäle oder auch bei der Zwischenspei' cherung auf Magnetbändern nicht unerhebliche Verzerrungen.However, a preferred field of application of such circuits are digital signals. Digital signals like that generally have a relatively wide frequency spectrum and therefore suffer over transmission during transmission band-limited channels or even with the intermediate storage on magnetic tapes not inconsiderable distortions.

Um solche verzerrten und oftmals auch von zusätzlichen Störungen überlagerten digitalen Signale zu regenerieren, ist es beispielsweise durch die DE-AS 51 803 bekannt, die verzerrten Impulse zunächst bis auf ihre Spitzen zu unterdrücken, anschließend zu differenzieren und die neuen regenerierten Impulse sodann von der den Nulldurchgang markierenden Planke der differenzierten Pulsspitzen abzuleiten. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Schaltung bedeutet einen nicht unerheblichen technischen Aufwand insbesondere dann, wenn die Einrichtung zum Differenzieren mit Rücksicht auf das zu regenerierende Signal breitbandig ausgelegt werden muß. Hinzu kommt, daß eine einwandfreie Regeneration nur dann möglich ist, wenn von der Differenziereinrichtung sowohl Oleich*- stromkomponenten als auch niederfrequente Wechselkomponenten unterhalb des eigentlichen tyutzbereichs des zu regenerierenden Signals ferngehalten werden. Andernfalls bewirken sowohl der Gleichstrom als auch die genannten niederfrequenten Wechselkomponenten unerwünschte Phasenverschiebungen der;,Nulldurchgänge der differenzierten Impulse bzw, «^zeugen zusätzliche NuUdurchgänge, die ebenfalls der einwandfreien Regeneration des verzerrten Signals entgegenstehen. Ferner führen erhebliche Amplitudenänderungen (> 20 dB) bei den Differenziereinrichtungen zu Schwierigkeiten (Übersteuerungen). In order to regenerate such distorted digital signals, which are often also superimposed by additional interference, it is known, for example from DE-AS 51 803, to first suppress the distorted pulses down to their peaks, then to differentiate and then to differentiate the new regenerated pulses from the Derive the zero crossing marking plank of the differentiated pulse peaks. A circuit operating according to this method means a not inconsiderable technical effort, especially when the device for differentiating has to be designed to be broadband with regard to the signal to be regenerated. In addition, perfect regeneration is only possible if the differentiating device keeps both direct current components and low-frequency alternating components below the actual useful range of the signal to be regenerated. Otherwise, both the direct current and the aforementioned low-frequency alternating components cause unwanted phase shifts in the zero crossings of the differentiated pulses or generate additional zero crossings, which also oppose the proper regeneration of the distorted signal. Furthermore, considerable amplitude changes (> 20 dB) lead to difficulties (overloads) in the differentiating devices.

Durch die Literaturstelle Electronics/November 14, 1974, Band 47, Heft 23, Seiten 145 bis 149 sind auch bereits verstärkende mit Dioden und Kondensatoren realisierte Spitzendetektoren bekannt, bei denen der jeweils ermittelte Spitzenwert an einem für einen neuen Meßvorgang kurzschließbaren Kondensator abgelesen werden kann. Derartige Detektoren eignen sich jedoch nicht für die Regeneration von digitalen Signalen, da sie nicht in der Lage sind, die Zeitlage der Spitzenwerte zu markieren.Through the Electronics reference / November 14, 1974, Volume 47, Issue 23, pages 145 to 149 are already amplifying with diodes and capacitors realized peak detectors known where the each determined peak value is read from a capacitor that can be short-circuited for a new measurement process can be. However, such detectors are not suitable for the regeneration of digital signals, since they are unable to mark the timing of the peaks.

Weiterhin ist es durch die DE-OS 28 33 379 bekannt, Extremwerte zeitlich veränderlicher elektrischer Größen zur Anzeige zu bringen und dabei auch wenigstens annähernd ihre Zeitlage zu bestimmen. Das hier beschriebene Verfahren verwendet als Anzeigekriterium die Nullintegration zwischen dem Eingangssignal und einem hiergegen verzögerten Eingangssignal unter Verwendung einer die Verzögerung bewirkenden Ultraschallwelle. Ein solches Verfahren ist nur für relativ langsame Änderungsvorgänge möglich und ermöglicht darüber hinaus auch nur eine angenäherte Bestimmung der Zeitlage der auftretenden Extremwerte.Furthermore, it is known from DE-OS 28 33 379, To display extreme values of temporally variable electrical quantities and at least at the same time to roughly determine their timing. The procedure described here uses the zero integration between the input signal as a display criterion and an input signal delayed against this using a delay effect Ultrasonic wave. Such a method is only possible for relatively slow change processes and In addition, it also enables only an approximate determination of the timing of the extreme values that occur.

Schließlich ist noch durch die DE-OS 21 13 236 ein Detektor für das Feststellen der Veränderung der Neigungspolarität elektrischer Signale bekannt, bei dem von einem über Zenerdioden gegengekoppelten Operationsverstärker mit einem Kondensatorspeicher im Eingangskreis Gebrauch gemacht wird. Der Detektor ist hierbei für dielektrische Messung von Atemvorgängen gedacht Für schnelle Vorgänge ist diese bekannte Schaltung ebenfalls nicht geeignetFinally, DE-OS 21 13 236 a Detector for detecting the change in tilt polarity of electrical signals known in which from an operational amplifier with negative feedback via Zener diodes with a capacitor store in the Input circle is made use of. The detector is intended for dielectric measurement of respiratory processes. This is known for fast processes Circuit also not suitable

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltung der einleitend geschilderten Art eine weitere Lösung anzugeben, die ebenfalls auf eine Differentiation verzichtet, eine Breitbanddetektion der Amplitudenmaxima von Signalen auch bei hohen Frequenzen bei erheblichen Amplitudenänderungen (Pegelschwankungen) ermöglicht und einen minimalen technischen Aufwand aufweistThe invention is based on the object of providing a further circuit for a circuit of the type described in the introduction Specify a solution that also dispenses with differentiation, a broadband detection of the amplitude maxima of signals even at high frequencies allows significant amplitude changes (level fluctuations) and a minimal technical Has effort

Ausgehend von einer Schaltung zur breitbandigen Detektion der Amplitudenmaxima von Signalen wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöstBased on a circuit for broadband detection of the amplitude maxima of signals this object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.Further advantageous refinements of the invention are specified in claims 2 to 4.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten The invention will be explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment shown in the drawing. In the drawing mean

F i g. 1 das Schaltbild einer Detektorschaltung nach der Erfindung,F i g. 1 shows the circuit diagram of a detector circuit according to the invention,

Fig. 2 die Schaltung nach Fig. 1 näher erläuternde Zeitdiagramme.Fig. 2 the circuit of Fig. 1 explaining in more detail Timing diagrams.

Die Schaltung nach Pigt 1 weist eingangsseitig den Operationsverstärker Ot mit i?wei zueinander inversen Eingängen auf, von denen der invertierte Eingang (.-) über die gegensinmg einander paraHelgegchalteten , ^r; Dioden P1 und P'2 mit seinem Ausgang und mit dem auf Bezugspotentiai liegenden Ladekondensator C * verbunden ist. Der nicht invertierte Eingang (+) des {1 Operationsverstärkers 01 und ein Eingang eines zweiten </ Operationsverstärkers 02 liegen am Eingangsanschluß e Ϊ7 der Schaltung, Der zweite Eingang des zweiten j -, Operationsverstärkers 02 ist ebenfalls mit dem Ausgang ' des Operationsverstärkers 01 verbunden und stellt mit ( seinem Ausgang a den Ausgang der Schaltung dar.
< j Die Zeitdiagramme e, κ und a der F ig. 2 gegen die Wt Spannungsverläufe an den entsprechenden Schaltungsf£ punkten in der Schaltung nach F ig. 1 an, anhand derer :"* nunmehr die Wirkung der Schaltung noch näher ä beschrieben werden soILThe circuit according to Pigt 1 has on the input side the operational amplifier Ot with white inputs which are inverse to one another, of which the inverted input (.-) is connected via the mutually parallel , ^r ; Diodes P 1 and P '2 is connected to its output and to the charging capacitor C * which is on reference potential. The non-inverted input (+) of the { 1 operational amplifier 01 and an input of a second </ operational amplifier 02 are connected to the input terminal e Ϊ7 of the circuit. The second input of the second j -, operational amplifier 02 is also connected to the output 'of the operational amplifier 01 and with ( its output a represents the output of the circuit.
<j The timing diagrams e, κ and a in Fig. 2 against the Wt voltage curves at the corresponding circuit points in the circuit according to Fig. 1 on the basis of which: "* now the effect of the circuit are described in more detail ä Soil

ρ Bei Anliegen eines Eingangssignals entsprechend ';"· dem Diagramm e wird der Ladekondensator C über die ! Dioden Dl und D 2 vom Operationsverstärker 01 aufgeladen. Die aufgrund der Schaltung wirksame. Spannung am Schaltungspunkt ν entsprechend dem Diagramm ν ist im Bereich des ersten ansteigenden Astes der Eingangsspannung um die Schwellspannung der hier in Durchlaßrichtung gepolten Diode D 2 höher. [ Im Diagramm ν ist dies durch zusätzliche Angabe des .Eingangssignals entsprechend Diagramm ein unterbro- » chener Linie verdeutlicht Wird das Maximum erreicht ; erzwingt die Umladung des Ladekondensators C auf dem absteigenden Ast des Eingangssignals nach dem Diagramm e ein Umschalten der Dioden, und zwar geht die Diode D 2 in den Sperrzustand über, während die Diode D1 in den Durchlaßzustand übergeführt wird. Dies hat hinsichtlich der Spannung am Schaltungspunkt ν einen Spannungssprung nach unten in der Größe der doppelten Diodenschwellenspannung zur Folge, weil ansonsten diese Umladung nicht stattfinden kann. Die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 01 nach Diagramm ν ist nunmehr um die Schwellspannung niedriger als de augenblickliche Spannung am Ladekondensator C. Sobald die Eingangsspannung den tiefsten Spannungswert erreicht hat, erfolgt die erneute Aufladung des Ladekondensators C wiederum über die Diode P 2. Diese Umschaltung der Diode D1 in den Sperrbereich und der Diode D 2 in den Durchlaßbereich hat wiederum einen Sprung um die doppelte Diodenschwellensp?nnung am Ausgang des Operationsverstärkers 01 zur Folge, der diesmal nach oben gerichtet ist, Diese Spannungssprünge der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 01 markieren die Maxima des Eingangssignals und erscheinen am Ausgang des als Komparator wirksamen Operationsverstärkers 02 in Form von Spannungssprüngen, die in ihrer Folge amρ according In presence of an input signal ';"· the diagram e of the charging capacitor C via the diodes Dl and D 2 is charged by the operational amplifier 01, the effective result of the circuit voltage at node ν according to the diagram ν in the range of the first rising.. . branch of the input voltage by the threshold voltage of said unipolar here in the conducting diode D 2 higher [ν in the diagram this is is indicated by an additional indication of the .Eingangssignals according diagram an interrupted "chener line reaches the maximum; enforces the transhipment of the charging capacitor C on the descending branch of the input signal according to the diagram e switching of the diodes, and that the diode D 2 enters the off-state while the diode is converted to the oN state D1. This has with respect to the voltage at node ν a voltage step down in size the double diode threshold voltage result, because otherwise this Umladun g cannot take place. The voltage at the output of the operational amplifier 01 according to diagram ν is now lower than the threshold voltage by the threshold voltage than the current voltage on the charging capacitor C. As soon as the input voltage has reached the lowest voltage value, the charging capacitor C is again charged via the diode P 2. This switching of the Diode D1 in the blocking range and diode D 2 in the pass range again result in a jump by twice the diode threshold voltage at the output of the operational amplifier 01, which this time is directed upwards. These voltage jumps in the output voltage of the operational amplifier 01 mark the maxima of the input signal and appear at the output of the operational amplifier 02, which acts as a comparator, in the form of voltage jumps, which in their sequence am

Ausgang a eine Rechteckimpulsfolge ergeben. Der als Komparator wirksame Operationsverstärker 02 kann an seinen Eingängen nicht übersteuert werden, weil die hier zwischen den zueinander invertierten Eingängen auftretende Spannung den zweifachen Wert der Schwellwertspannung der Dioden P\ und D 2 nicht überschreitetOutput a result in a square pulse train. The operational amplifier 02, which acts as a comparator, cannot be overdriven at its inputs because the voltage occurring here between the mutually inverted inputs does not exceed twice the value of the threshold voltage of the diodes P 1 and D 2

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für seine Anwendung im Bereich der Tonstudiotechnik wurde die Schaltung durch folgende Bauteile verwirklicht In the case of the FIG. 1 illustrated embodiment for its application in the field of recording studio technology the circuit was implemented using the following components

01 = ΤΟΑΊ034ΝΒ01 = 034ΝΒ

02 = UA709
D1/D2= BC 109 C
C = InF02 = UA709
D1 / D2 = BC 109 C
C = InF

Die Spannungsversorgung erfolgte mit ±15 Volt Dies ergab eine Spannung für das Eingangssignal von maximal ±10 Volt Der Frequenzbereich betrug 1 kHz bis 30 kHz. Die Detektionsverzögerung betrug bei 5 kHz etwa 6usec und bei 1OkHz etwa 5 μ see. Die Dioden wurden durch die Basis-Kollektorstrecke der oben angegebenen Transistoren bei offenem Emitteranschluß verwirklicht Der Detektionsbereich hinsichtlich Amplitudenänderungen ist > 20 dB.The voltage was supplied with ± 15 volts. This resulted in a voltage for the input signal of maximum ± 10 volts The frequency range was 1 kHz to 30 kHz. The detection delay was 5 kHz about 6usec and at 10kHz about 5 μ see. the Diodes were through the base-collector path of the transistors specified above with the emitter connection open realized The detection range with regard to amplitude changes is> 20 dB.

Niederfrequente Wechseikomponenten unterhalb des eigentlichen Nutzfrequenzbereichs des zu detektierenden Signals sowie Gleichstromkomponenten werden von der Schaltung nach der Erfindung nicht berücksiditigt, so daß sie auch vorab nicht vom Signal getrennt werden müssen. Die Schaltung detektiert immer nur das jeweilige Amplitudenmaxima und arbeitet um so exakter, je kürzer das Schaltverhalten der verwendeten Dioden istLow-frequency alternating components below the actual usable frequency range of the one to be detected Signals and direct current components are not taken into account by the circuit according to the invention, so that they do not have to be separated from the signal beforehand. The circuit only ever detects that respective amplitude maxima and works all the more precisely, the shorter the switching behavior of the used Diodes is

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentansprüche;Claims;

I₁ Schaltung zur brettbandigen Detektion der AmpHtudenmwfiroaiyon SjgnaJejvwrter yerwendung eines Verstärkersmit zwei weinanderinversen Eingängen, eines Diodenpaares und eines Ladekondensators, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Komparator (02) vorgesehen ist und hierbei der eine Eingang des Verstärkers (01) gemeinsam mit dem einen Eingang des !Comparators den Signaleingang (e) und der Ausgang des !Comparators den Ausgang (a) der Schaltung bilden, daß außerdem der andere Verstärkereingang einerseits über das eine gegensinnige Parallelschaltang aufweisende Diodenpaar (D i/D 2) mit dem Verstärkerausgang verbunden ist und andererseits über den Ladekondensator (C) auf Bezugspotential liegt und daß der andere Eingang des !Comparators ebenfalls mit dem Verstärkerausgang in Verbindung stehtI ₁ circuit for the board-band detection of the AmpHtudenmwfiroaiyon SjgnaJejvwrter using an amplifier with two inverted inputs, a diode pair and a charging capacitor, characterized in that a comparator (02) is also provided and one input of the amplifier (01) is shared with one input of the ! Comparators form the signal input (e) and the output of the! Comparator form the output (a) of the circuit, so that, on the one hand, the other amplifier input is connected to the amplifier output via the diode pair (D i / D 2) having an opposing parallel circuit and on the other hand via the charging capacitor (C) is at reference potential and that the other input of the comparator is also connected to the amplifier output

2. Schalung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden des Diodenpaares (D t/D2) ein extrem kurzes Schaltverhalten aufweisen.2. Formwork according to claim 1, characterized in that the diodes of the diode pair (D t / D2) have an extremely short switching behavior.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (01) ein Operationsverstärker und tier Komparator (02) ebenfalls durch einen Operationsverstärker realisiert ist3. A circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the amplifier (01) is a Operational amplifier and tier comparator (02) is also implemented by an operational amplifier

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Diodenpaar (D i/D2) durch die Basis-Kollektorstrecke zweier zueinander komplementärer Transistoren realisiert ist4. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the diode pair (D i / D2) is realized by the base-collector path of two mutually complementary transistors

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