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Demodulatioisschaltung für ein Datensignal
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Bei der Gewinnung eines NRZ-Datensignals (non-return to zero) aus
einem in einem Kanalcode codierten Datensignal werden Demodulationsschaltungen benötigt.
Das zu demodulierende Si.gnal wird im folgenden als Datensignal und das demodulierte
Signal als NRZ-Signal bezeichnet.
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In der DE-AS 29 22 O82.4 ist eine Demodulationsschaltung beschrieben,
bei der mittels einer PLL-Schaltung aus dem Datensignal ein Taktsignal gewonnen
wird. Dem zur Demodulation des Datensignales dienenden Schaltungsteil werden dieses
zurückgewonnene Taktsignal und das Datensignal nach entsprechender Aufbereitung
zugeführt. Zur Ableitung des NRZ-Signales aus dem Datensignal ist es erforderlich,
dem Demodulator das Taktsignal in einer bestimmten von zwei entgegengesetzten Phasenlagen
zuzuführen. Zur Überwachung der korrekten Phasenlage des Taktsignales ist eine Hilfsschaltung
vorgesehen, mittels der die Phasenlage des Taktsignales richtiggestellt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfsschaltung für
eine Demodulationsschaltung der beschriebenen Art zu
schaffen, die
insbesondere für ein DM-codiertes (Delay-Modulation) Datensignal geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
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Di@ Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Demodulationsschaltung mit
den erfindungsgemäßen M@rkmalen, Fig. 2 einen bei der Schaltung nach Fig. 1 verwendbaren
einzelnen Demodulator im Detail, Fig. 3 Impulsdiagramme ZU den Schaltungen nach
den Fig. 1 und 2, Fig. 4 das Gesamtschaltbild eines erfindungsgemäßen Demodulators,
Fig. 5 ein Beispiel eines Impulsdiagramms zur Delay Modulation und Fig. 6 eine in
Fig. 4 anwendbare Hilfsschaltung.
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Bei der Demodulationsschaltung in Fig. 1 wird das Datensignal an ei1er
Eingangsklemme 1 zugeführt und das NRZ-Signal an ei-Ilel Ausgangsklemme 2 abgegeben.
Das in der Schaltung gewonnene Takt signal ist an einer weiteren Ausgangsklemme
3 fiir weitere nicht dargestellte Schaltungen, die beispielsweise zur Verar-Leistung
des NRZ-Signales dienen, abgreifbar.
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I)as Datensignal wird zunächst in einem Differenzierer 4 zu einem
Signal "2s"differenziert und frequenzverdoppelt. Aus diesem Signal werden mittels
einer PLL-Schaltung 5 Impulse erzeugt mit der Frequenz 2f. Hieraus werden mit Hilfe
eines Flip-Flops 6 gegenphasige Taktspannungen T und T gewonnen, deren Frequenz
mit der Taktfrequenz der übertragenen Binärfolge übereinstimmt. Es ist zunächst
nicht bekannt, welche tlcr beiden Spannungen T und T dem Signal 2s zugeordnet werdeu
muß, damit aus diesem in einem Demodulator das NRZ-Signal gebildet werden kann.
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Es sind zwei Demodulatoron 7 und 8 vorgeschen. Seiden Demodulatoren
ist das zu demodulierende Signal 2s zugeführt. Die Demodulatoren 7 und 8 werden
von dem Flip-Flop 6 mit zueinander entgegengesetzten Taktinformationen (Taktsignale
T und T) versorgt. Dementsprechend wird einer der Demodulatoren 7,8 das richtige
NRZ-Signal und der andere Demodulator ein falsches, nicht dem NRZ-Signal entsprechendes
Signal liefern. Es ist eine Umschalteinrichtung 9 vorgesehen, die mit der Ausgangsklemme
2 und den Ausgängen der Demodulatoren 7 und 8 so verbunden ist, daß in zwei möglichen
Schaltstellungen wahlweise der Ausgang des Demodulators 7 oder der Ausgang des Demodulators
8 mit der Auspaugsklemme 2 verbunden sind. Der Umschalter 9 wird von einer Hilfsschaltung
10 gesteuert. Die Hilfsschaltung 10 überwacht die Ausgangssignalc der Deniodulatoren
7 bzw. 8 nach bestimmten Kriterien und stellt jeweils die richtige Schaltstellung
der Umschalteinrichtung; 9 her.
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Fig. 2 zeigt einen universell verwendbaren PCM-Demodulator.
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Dieser ist mit einem JK-Flip-Flop 11, einem JK-Flip-Flop 13 und einem
Flip-Flop 12 aufgebaut. Alle drci Flip-F)ops sind negativ flankengetriggert. Dem
Flip-Flop 11 ist das Taktsignal an den Eingängen J und K zueinander invertiert zugeführt.
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Weiter ist das Taktsignal T den Takteingängen der Flip-Flops 12 und
13 zugeführt. Am Takteingang des Fiip-Jlops 11 liegt das frequenzverdoppelte, differenzierte
Signal 2s. Jeder Nadelimpuls dieses Signals 2s entspricht einem Pegelübergang des
Datonsignals. Je nach Zustand des Taktmäanders T an den Eingängen J und K im Moment
eines Impulses des Signal es 2s ste]lt sich der Ausgang Qi des Flip-Flops 11 auf
logisch 1 oder logisch 0 ein. Flip-Flop 12 bewirkt, daß der Ausgang Ql nach jeder
ansteigenden Flanke von T, d.h. abfallenden Flanke von T, das Potential logisch
0 aufweist. Zu diesem Zweck ist ein Rücksetzeingang R des Flip-Flops 12 mit dem
Ausgang Q1 des Flip-Flops 11 verbunden und thr Ausgang Q2 mit einem Rücksetzeingang
Rades Flip-Flops 11. Durch die gleiche Flanke, mit der das Flip-Flop 11 über das
Flip-Flop 12 zurckgesctzt wird,
wird der unmittelbar vor der Rücksetzung
vorhandene Zustand des Flip-Flops 11 auf das Flip-Flop 13 iibertragen, wo der Zustand
bis zur nächsten ansteigenden Flanke des Signals T gespeichert bleibt. Bei richtiger
Taktphase der Taktsjgnale T bzw. T stellt das Signal am Ausgang Q3 des Flip-Flops
13 das gewünschte NRZ-Signal dar.
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In Fig. 3 sind verschiedene Impulsdiagramme dargestellt, die zur Schaltung
gemäß Fig. 2 gehören. In den ersten zehn Zeilen ist gezeigt, wie ein in Biphase
(Biphase-Space) codiertes Signal von der Schaltung nach Fig. 2 verarbeitet wird.
Zum Zeitpunkt tl wird das Flip-Flop 11 in Fig. 2 gesetzt, da das Taktsignal T zu
diesem Zeitpunkt, in dem im Signal 2s ein Impuls erscheint, auf logisch 1 steht.
Durch die nächste ansteigende Flanke des Taktsignales T zum Zeitpunkt t2 wird das
Flip-Flop 11 wieder zurückgesetzt, wie am Signal Q1 in der vierten Zeile erkennbar
ist. Das Signal Q2, das die Rücksetzung bewirkt, ist in der fünften Zeile wiedergegeben.
Das vor dem Zurücksetzen am Ausgang Q1 vorhandene Signal wird zum Zeitpunkt t2 in
das Flip-Flop 13 übernommen (6. Zeile).
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Das Signal am Ausgang Q3 entspricht bereits dem NRZ-Signal.
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In der siebten bis zehnten Zeile in Fig. 3 ist gezeigt, daß bei einem
Taktsignal, das die falsche Phasenlage aufweist, am Ausgang Q3 kein brauchbares
Signal auftritt.
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In den unteren zehn Zeilen der Fig. 3 zt gezeigt, daß die Schaltung
auch bei einem Datensignal, das im bekannten DM-Code codiert ist, richtig arbeitet.
Der Demodulator gemäß Fig. 2 verarbeitet diesen Code, ohne dan irgendwel clte l]lllscllalttlngen
in dem Domodtllator erfordorlich sind. Es ist jedoch in jedem Fall erforderlich,
daß dem Takteingang des Demodulators das Taktsignal in der richtigen Phasenlage
zugeführt wird.
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Fig. 4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Demodulationsschaltung
gemäß Fig. 1, bei dem die Umschalteinrichtung mit logischen Verknüpfungsschaltungen
ausgeführt ist. Es wird der Demodulator gemäß Fig. 2 angewandt. Die den Schaltungsteilen
aus Fig. 1 und 2 entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Falls einzelne Schaltungsteile mehrfach vorkommen, sind die Bezugszeichen mit Strichen
versehen. Links oben in der Schaltung werden an Eingängen 14 und 15 die schon bei
Fig. 1 besprochenen Signale 2s und 2f zugeführt. Die entsprechend Fig. 2 aufgebauten
Demodulatoren 7 und 8 sind gestri chelt eingerahmt.
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Die Umschalteinrichtung 9 aus Fig. t ist in Fig. 4 mit einem Fip-Flop
1G und vom Ausgang des Flip-Flops 16 gesteuerten Gatteranordnungen 17 und 18 reali
siert . Das Fl i p-Kl op 16 erhält an seinem Eingang ein Signal von einer mit einem
Vor/Rück-Zäbler aufgebauten Hilfsschaltung 18. Der Aufbau und die Funktion der Hilfsschaltung
19 wird im folgenden anhand der Figuren 5 und 6 näher erläutert.
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Es ist aufgrund folgender Erkenntnis eine relativ störichere Identifikation
für das DM-codierte Signal ausfiihrhar: Fig. 5 zeigt ein Beispiel fiir ein DM-codiertes
Datensignal.
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Es ist erkennbar, dnß das in n der r letzten Zeile gezeigte, mit falscher
Taktphase demodulierte Signal nie mehr Pegelübergänge enthalten kann, als das NRZ-Signal.
Es kann also maximal auf jeden NRZ-Pegelübergang ein Pegelübergang im falschen Signal
folgen. Dagegen werden öfter zwischen zwei @ Pegelübergängen des falschen Signals
mehrere Pegelübergänge des NRZ-Signals erfolgen. Diese Besonderheit wird bei einer
Schaltung gemäß Fig. 6 für die Phasenidentifikation ausgenutzt.
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Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Hilfsschaltung 19 in Fig.
4. Die Schaltung ist mit einem Vor/Rück-Zähler 22 und einem NAND-Gatter 23 aufgebaut.
Über Eingangs@lemmen 2 und 21 sind die Signale beider Demodulatoren 7 und 8 aus
Fig.
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4 einer die Umschalteinrichtung 9 zugeführt. Nit Hilfe des von der
Klemme 2 zugeführten Signals wird der Zähler 22 rückwärts. gezählt und mit Hilfs
des Signals an der Klemme 21 vorwärts. Ist die Taktphase richtig, so werden mehr
Impulse rüchwärts als vorwärts gezählt. Diese Rückwärtszählung kann so weit erfolgen,
bi s der Ausgang QD auf logisch 0 geht. Dies ist der "Anschlag" für die Rückwärtszählung,
der bei störungsfrciem Betrieb ständig erreicht wird. Bei falscher Taktphase überwiegt
die Anzahl der Vorwärts-Zählimpulse. Sobald aus den Vorwärts-Zähleingang acht Impulse
mehr als auf den Rückwärts-Zähleingang gelangen, entsteht ein Übertragsimpuls am
Ausgang Ü, der das Flip-Flop 1G in Fig. 4 umschaltet. Nach dieser Umschaltung ist
die Stellung der Umschalteinrichtung 9 richtiggestellt und der Zähler 22 läuft wieder
an seinen Rückwärts-Anschlag. Je mehr Zählschritte zwischen dem Anschlag und der
Abgabe des Übertragsimpulses liegen, desto unempfindlicher ist die Schaltung gegen
Störungen. Die Schaltung kann beispielsweise für acht Zählschritte ausgelegt werden.
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Die anhand von Fig. 6 beschri ebene Phasenidentifikationsschaltung
mit einem Vor/Rück-Zähler 22 arbeitet auch bei im Biphase-Code codierten Datensigualen,
da hier das mit falscher Phase demodulierte Signal im störungsfreien Fall überhaupt
keine Pegelübergänge enthält. Wegen dieser relativ großeren Unterschiede in der
Anzahl der Pegelübergänge an den beiden Demodulatorausgängen ergibt sic für die
Schaltung gemäß Fig.
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6 bei Biphase-codierten Signalen ein besonders guter Störabstand.
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Die Schaltungen gemäß Fig. 1 und Fig. 4 weisen folgenden Unterschied
auf: In Fig- 1 sind die ausgänge der Demodulatoren 7 und 8 den Eingängen der Hilfsschaltung
10 fest zugeordnet. Dagegen wird die Zuordnung in Fig. 4 von der Umschalteinrichtung
17,18 vertauscht, wenn di e Hilfsschaltung 19 anspricht. Während der
Vor/Rück-Zähler
der Hilfsschaltung 19 mit einem Zählanschlag auskommt (Fig. 6), miißte ein Zähler
in der Hilfsschaltung 10 in Fig. 1 aufgrund des erwähnten Unterschiedes zwei Anschläge
aufweisen.