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Schaltungsanordnung zur Auswertung von aus mehreren
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gleichzeitig übertragenen Wechselströmen unterschiedlicher Signalfrequenzen
gebildeten Wechselstromsignalen in Fernmeldeanlagen Die Erfindung betrifft eine
Schaltungsanordnung zur Auswertung von aus mehreren gleichzeitig übertragenen Wechselströmen
unterschiedlicher Signalfrequenzen gebildeten Wechseistromsignalen in Fernmeldeanlagen
gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Wechselstromsignale der vorbeschriebenen Art werden z.B.
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in Fernsprechwählvermittlungsanlagen zur Übertragung der Wählzeichen
von den Teilnehmer- zu den Vermittlungsstellen nach dem tonfrequenten Tastwahlverfahren,
auch MFC-Wahl genannt, entsprechend der CCITT-Empfehlung Q 23 verwendet.
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Dabei besteht jedes Wählzeichen aus je einer Signalfrequenz aus einer
unteren Signalfrequenzgruppe mit den Nenn-Signalfrequenzen 697 Hz, 770 IIz, 852
Hz und 941 Hz sowie aus einer oberen Signalfrequenzgruppe mit den Nenn-Signalfrequenzen
1209
Hz, 1336 Hz, 1477 Hz und 1633 Hz.
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Zur Auswertung solcher Wechselstromsignale ist aus der Zeitschrift
"Informationen Fernsprechvermittlungstechnik", 4. Jahrgang (1958), Heft 3, Seite
153 bis 159 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der zur Frequenzerkennung aus
Spulen und Kondensatoren aufgebaute Filter verwendet werden.
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Damit kurzzeitige, Signalfrequenzen enthaltende Störsignale keine
Wählzeichen vortäuschen, ist ein Zeitkreis vorgesehen.
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Der Aufwand der teuren Spulen und Kondensatoren läßt sich durch digitale
Frequenzerkennung vermeiden. Eine solche Schaltungsanordnung ist in der Zeitschrift
"Elektrisches Nachrichtenwesen", Band 51, Nr. 3 (1976) Seite 182 bis 185 beschrieben.
Verwendet wird ein eigens für die Auswertung der Wählzeichen entwickelter hochintegrierter
MOS-Baustein.
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Die Verwendung eigens für eine bestimmte Aufgabe entwickelter hochintegrierter
Spezial-Bausteine hat den Nachteil, daß Lieferschwierigkeiten auftreten können,
da solche Bausteine nur von wenigen Herstellern, oft nur von einem einzigen, angeboten
werden.
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Eine weitere Schaltungsanordnung der obengenannten Gattung mit digitaler
Frequenzerkennung ist in der deutschen Offenlegungsschrift 27 19 248 beschrieben.
Hierbei wird der Schutz gegen kurzzeitige, Signalfrequenzen enthaltende Störsignale
durch einen großen Aufwand an Zählern erreicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Auswertung
von aus mehreren gleichzeitig übertragenen Wechselströmen unterschiedlicher Signalfrequenzen
gebildeten Wechselstromzeichen der obengenannten Gattung anzugeben, die unempfindlich
gegen kurzzeitige, Signalfrequenzen enthaltende Störsignale ist und sich mit geringem
Aufwand aus billigen Standard-Bausteinen aufbauen läßt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung nach dem Patentanspruch
1 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ohne den Aufwand von Zeitkreisen
oder zusätzlichen Zählern eine hohe Sicherheit gegen Signalfrequenzen enthaltende
Störsignale erreicht.
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Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 2 wird erreicht, daß
nur die höherwertigen Zählerstellungen mit entsprechend geringerem Dekodieraufwand
ausgewertet werden müssen.
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Die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 3 betrifft eine zweckmäßige
Schaltungsanordnung zur Auswertung von Wählzeichen des tonfrequenten Tastwahlverfahrens
nach der CCITT-Empfehlung Q 23. Diese Weiterbildung bewirkt eine nochmalige Senkung
des Aufwandes, da nur die Ausgänge von vier Zählerst-'len ausgewertet werden müssen.
Da bei allen vier Nenn-Signalfrequenzen die zwei Zählerstellen mit den höchsten
Wertigkeiten gleiche Ausgangssignale aufweisen, ist es zum Zwecke des Vergleichs
ausreichend, die Werte der zwei anderen Zählerstellen zu speichern.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Beispiels
erläutert. Das Beispiel betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswertung von Wählzeichen
nach dem tonfrequenten Tastwahlverfahren entsprechend der CCITT-Empfehlung Q 23.
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Die Figuren zeigen: Figur 1, ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,
Figur 2 ein Impulsdiagramm zu Figur 1, Figur 3 ein Blockschaltbild eines in der
Figur 1 angedeuteten Zählteils,
Figur 4 ein Impulsdiagramm für die
Auswertung der Signalfrequenzen der unteren Signalfrequenzgruppe, Figur 5 ein ausführliches
Impulsdiagramm für die Auswertung eines Wählzeichens, Figur 6 ein Impulsdiagramm
für die Vorgänge nach dem Ende eines Wählzeichens.
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In der Figur 1 sind zwei Auswerteschaltungen AS1 und AS2 gezeichnet,
wobei der ersten Auswerteschaltung AS1 die untere Signalfrequenzgruppe, der zweiten
Auswerteschaltung AS2 die obere Signalfrequenzgruppe zugeordnet ist. Die auszuwertenden
Wählzeichen gelangen über einen Eingang 1 und einem Verstärker 2 auf einen Eingang
eines Tiefpasses 3 und auf einen Eingang eines Hochpasses 7. Der Tiefpaß 3 ist der
Auswerteschaltung AS1 vorgeschaltet und sperrt die obere Signalfrequenzgruppe Der
Hochpaß 7 ist der Auswerteschaltung AS2 vorgeschaltet und sperrt die untere Signalfrequenzgruppe
Das Ausgangssignal des Tiefpasses 3 durchläuft in der Auswerteschaltung AS1 nacheinander
einen Sinus-Rechteck-Wandler 4, einen Frequenzteiler 5 sowie eine Differenzierstufe
6 und gelangt dann in der Form von Eingangs impulsen an den Eingang El des Zählteils
ZT1 zur weiteren Auswertung. Die dabei sich ergebenden Signalformen sind in der
Figur 2 dargestellt. Die Zuordnung der einzelnen Kurvenzüge zu den einzelnen Leitungsabschnitten
in der Figur 1 ist durch gleichlautende Bezeichnung mit a, b, c und El angegeben.
Die Eingangsimpulse (Kurvenzug El) sind übertrieben breit gezeichnet, in Wirklichkeit
ist ihre Breite gegenüber ihrer Periode, der Meßperiode, vernachlässigbar klein.
Wegen der Teilung durch vier im Frequenzteiler 5 und der anschließenden Differenzierung
in der Differenzierstufe 6 umfaßt die Meßperiode zwei Perioden der Signalfrequenz.
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Die Auswertung der Wählzeichen der oberen Signalfrequenz-
Zeile
ist der Takt von 15,92 kHz gezeichnet, wobei mit TT eine Taktperiode bezeichnet
ist. In den nächsten sechs Zeilen sind die Signale an den Ausgängen Q1 bis Q6 des
Binärzählers Zä dargestellt. In einer weiteren Zeile ist mit tV ein Zweierpotenz-Vielfaches,
in diesem Fall das Vierfache einer Taktperiode, angegeben. In weiteren Zeilen sind
mit tM8' tM9' tM10 tM11 und tM12 ganzzahlige Mehrfache, in diesem Fall das Acht-,
Neun- Zehn- Elf- und Zwölffache des Zweierpotenz-Vielfachen der Taktperiode angegeben.
In den unteren Zeilen sind für die einzelnen Nenn-Signalfrequenzen von 697 Hz, 770
Hz, 852 Hz und 941 Hz die jeweils möglichen und noch auszuwertenden längsten Meßperioden
2 . T lmax bis 2 . T4max und die kürzesten Meßperioden 2 . T lmin bis 2 . T4min
mit der für die Auswertung ungünstigen Lage der Meßperiodenanfänge 21 bis 28 zur
Phasenlage des Taktes eingezeichnet. Den einzelnen Nenn-Signalfrequenzen sind ganzzahlige
Mehrfache des Zweierpotenz -Viel fachen nach folgender Tabelle zugeordnet: Nenn-Signalfrequenz
Mehrfaches 697 Hz tM11 und tM12 770 Hz tM10 und tM11 852 Hz tM 9 und tM10 941 Hz
tM 8 und tM 9 Da die ganzzahligen Mehrfachen zeitlich mit Flankenwechseln an dem
Zählerausgang Q3 zusammenfallen, können den einzelnen Nenn-Signalfrequenzen bestimmte
Signalpegel an den Zählerausgängen Q3 bis Q6 zugeordnet werden, d.h., es brauchen
nur diese Zählerausgänge ausgewertet zu werden, wobei an den Zählerausgängen Q5
und Q6 nur konstante Signalpegel zu beachten sind.
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Damit kurze Störsignale keine Wählzeichen vortäuschen, wird im Zählteil
das jeweils neue Zählergebnis mit dem unmittelbar vorangegangenen alten Zählergebnis
in einem Vergleicher V
verglichen, und nur bei ihrer Übereinstimmung
wird ein die weitere Verarbeitung freigebendes Signal abgegeben. Dieser Vergleicher
gibt an seinem Ausgang A=B H-Pegel ab, wenn an seinen ersten Eingängen A1 bis A4
die gleichen Signalpegel anliegen wie an seinen zweiten Eingängen B1 bis B4, wobei
jeweils die Signalpegel an den Eingängen mit gleicher Ziffernbezeichnung übereinstimmen
müssen.
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Ferner ist ein Speicher Sp vorgesehen, um das jeweils alte Zählergebnis
zu speichern. Dieser Speicher weist vier Dateneingänge D1 bis D4, vier als Three-State-Ausgänge
ausgeführte Datenausgänge Q1' bis Q4', einen Rückstelleingang R', einen Takteingang
14, einen Steuereingang M und vier nicht gezeichnete Speicher-Flipflops auf. H-Pegel
am Rückstelleingang R' löscht die Information in den Speicher-Flipflops.
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Durch eine positive Flanke am Takteingang 14 wird die an den Dateneingängen
D1 bis D4 anliegende Information in die Speicher-Flipflops übernommen. L-(Low-)Signal
am Steuereingang M bewirkt, daß die Ausgänge der Speicher-Flipflops zu den Ausgängen
Q1' bis Q4' durchgeschaltet werden.
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Da nur die höherwertigen Ausgänge Q3 bis Q6 des Binärzählers Zä berücksichtigt
werden müssen, sind nur diese mit den ersten Eingängen Al bis A4 des Vergleichers
V verbunden.
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Da ferner an den Ausgängen Q5 und Q6 nur L- bzw. H-Pegel auszuwerten
ist, sind die diesen Ausgängen zugeordneten zweiten Eingängen B3 und B4 des Vergleichers
V fest mit den diesen Pegeln entsprechenden Potentialen (O V bzw. +U) beschaltet.
Daher genügt es, nur die Signale der Ausgänge Q3 und Q4 des Binärzählers Zä zum
Zwecke des Vergleichs im Speicher Sp zu speichern. Deshalb sind nur die Ausgänge
Q3 und Q4 mit den Eingängen D1 und D2 des Speichers Sp und die zugehörigen Ausgänge
Q1' und Q2' mit den ebenfalls zugehörigen zweiten Eingängen B1 und B2 des Vergleichers
V verbunden.
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Ferner ist eine NOR-Schaltung 12 mit einem ersten Eingang 15
und
einem zweiten Eingang 16 vorgesehen, deren Ausgang mit dem Steuereingang M verbunden
ist. Der erste Eingang 15 ist mit dem Eingang El des Zählteiles ZT1 verbunden, der
zweite Eingang 16 mit dem Ausgang Q4' des Speichers Sp. Der zum Ausgang Q4' gehörende
Eingang D4 des Speichers Sp ist mit dem Ausgang Q6 des Binärzählers Zä verbunden.
Dadurch können die Ausgänge der Speicher-Flipflops abhängig von den Eingangsimpulsen
El zu den Ausgängen Q1' bis Q4' durchgeschaltet werden, und abhängig vom Signal
am Ausgang Q6 des Binärzählers Zä kann diese Durchschaltung aufrechterhalten werden.
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Die Funktionen des Zählteiles ZT1 werden mit Hilfe der Figuren 5 und
6 erläutert. Mit den mit El, R, R', Q3 bis Q6, M, Q1' bis Q4' und A=B bezeichneten
Kurvenzügen werden die Signalpegel an den gleichnamig bezeichneten Ein- und Ausgängen
in der Figur 3 wiedergegeben. Dabei wurden wieder die Eingangsimpulse auf El übertrieben
breit gezeichnet.
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Mit den Kurvenzügen Q1't bis Q4" wird der Zustand der nicht gezeichneten
Speicher-Flipflops wiedergegeben. Bei den Kurvenzügen Q1' bis Q4' wird durch gestrichelte
Linien der Zustand hohen Widerstandes angedeutet.
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In der Figur 5 sind die Vorgänge beim Empfang eines Wählzeichens mit
einer Nenn-Signalfrequenz von 852 Hz dargestellt. Zum Zeitpunkt tal t1 tritt der
erste Eingangsimpuls nach Beginn des Wählzeichens auf. Mit seiner Vorderflanke wird
über die ODER-Schaltung 10 und dem Ruckstelleingang R der Binärzähler Zä auf Null
gestellt. Ferner bewirkt dieser Eingangsimpuls über die NOR-Schaltung 12, daß am
Steuereingang M des Speichers Sp kurzzeitig L-Signalpegel anliegt. Da sich alle
Speicher-Flipflops noch in Ruhestellung befinden, erscheint während dieser Zeit
an den Ausgängen Q1' bis Q4' des Speichers Sp L-Pegel. Nach der Rückflanke dieses
Eingangsimptllses beginnt der Binärzähler Zä ZU zählen.
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Nach einer Meßperiode tritt zum Zeitpunkt t2 der zweite Eingangsimpuls
auf, dessen positive Flanke über den Takteingang 14 das Einspeichern des augenblicklichen
Zählerstandes in die Speicher-Flipflops Q1", Q2" und Q4" bewirkt. Ferner wird durch
die positive Flanke über die ODER-Schaltung 10 der Binärzähler Zä auf Null gestellt;
wegen der Laufzeiten in der ODER-Schaltung 10 und im Binärzähler Zä geschieht dies
aber erst nach Einspeicherung des Zählerstandes in die Speicher-Flipflops des Speichers
Sp. Während dieses zweiten Eingangsimpulses wird wieder LrPegel an den Steuereingang
M des Speichers Sp gelegt, wodurch an den Ausgängen Q1' bis Q4' die den Zuständen
der Speicher-Flipflops entsprechenden Signale erscheinen. Da das Speicher-Flipflop
Q4" sich wegen des H-Pegels am Ausgang Q6 in Ja-Stellung befindet, erscheint am
Ausgang Q4' ebenfalls H-Pegel. Dadurch bleibt über die NOR-Schaltung 12 nach dem
zweiten Eingangsimpuls der Steuereingang M noch auf L-Pegel, da der Ausgang Q4'
mit dem Eingang 16 der NOR-Schaltung 12 verbunden ist.
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Nach dem zweiten Eingangsimpuls t2 beginnt der Binärzähler Zä wieder
von Null an zu zählen und erreicht zum Zeitpunkt t3 wieder den gleichen Zählerstand
wie kurz vor dem zweiten Eingangsimpuls. Der Vergleicher V stellt jetzt Übereinstimmung
zwischen der an seinen ersten und zweiten Eingängen liegenden Signalen fest und
gibt deshalb an seinem Ausgang A=B Ja-Signal als H-Pegel ab.
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Durch die nun folgende positive Flanke des zum Zeitpunkt t4 folgenden
dritten Eingangs impulses wird wieder die an den Eingängen D1 bis D4 liegende Information
in die Speicher-Flipflops Q1 bis Q4" übernommen. Da am Steuereingang M noch L-Pegel
anliegt, erscheint der Inhalt der Speicher-Flipflops sofort an den Ausgängen Q1'
bis Q', und da der Eingang D3 mit dem Ausgang A=B des Vergleichers V verbunden ist,
er scheint auch am Ausgang Q3 r des Speichers V H-Pegel.
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Dieses Signal erscheint also nur nach Übereinstimmmung von
zwei
aufeinanderfolgenden Zählerergebnissen, wobei jedesmal am Ausgang Q5 L-Pegel und
am Ausgang Q6 H-Pegel aufgetreten sein muß.
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Auch während des dritten Eingangsimpulses wird wie während der vorangegangenen
Eingangsimpulse der Binärzähler Zä auf Null gestellt, und er beginnt nach dem Eingangsimpuls
wieder zu zählen.
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Bei fortdauerdem Empfang der Nenn-Signalfrequenz von 852 Hz folgen
in gleichen Abständen weitere Eingangs impulse, während der die gleichen Vorgänge
stattfinden wie während des dritten Eingangsimpulses, nur mit dem Unterschied, daß
sich der Zustand der Speicher-Flipflops Q1" bis Q4" und der Ausgänge Q1' bis Q4'
des Speichers Sp nicht mehr ändert.
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In der Figur 6 sind die Vorgänge nach dem Ende des Empfangs eines
Wählzeichens dargestellt. Mit t5 ist der letzte Eingangs-impuls eines Wählzeichens
bezeichnet. Nach seinem Ende beginnt der Binärzähler Zä wieder von Null an zu zählen.
Da kein weiterer Eingangsimpuls folgt, erreicht der Binärzähler Zä schließlich die
Stellung, bei der seine Ausgänge Q5 und Q6 H-Pegel abgeben. Da diese beiden Ausgänge
mit den Eingängen einer UND-Schaltung 11 verbunden sind, deren Ausgang mit dem Rückstelleingang
R' des Speichers Sp und über einen Widerstand R1 mit einem Eingang der ODER-Schaltung
10 verbunden ist, wird durch den am Ausgang der UND-Schaltung 11 erscheinenden H-Pegel
die Information in den Speicher-Flipflops Q1" bis Q4" gelöscht und der Binärzähler
Zä auf Null gestellt. Dadurch geben seine Ausgänge Q1 bis Q6 L-Pegel ab, und am
Rückstelleingang R erscheint wieder L-Pegel.
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Der Binärzähler Zä beginnt wieder zu zählen. Dieses Spiel wiederholt
sich bis wieder ein Wählzeichen auftritt.
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Der Zählteil ZT2 ist wie der Zählteil ZT1 aufgebaut, nur
mit
dem Unterschied, daß die Taktfrequenz zwischen 18,2 und 18,6 kHz liegt.
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Eine Möglichkeit, den Bereich für die Wahl der Taktfrequenz zu vergrößern,
besteht darin, mehr als zwei bzw. drei Perioden der Signalfrequenz zu einer Meßperiode
zusammenzufassen.
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Umfaßt z.B. eine Meßperiode in der unteren Signalfrequenzgruppe vier,
in der oberen Signalfrequenzgruppe sechs Perioden der Signalfrequenz, so kann die
Taktfrequenz in der unteren Signalfrequenzgruppe zwischen 15,7 und 16,2 kHz und
in der oberen Signalfrequenzgruppe zwischen 18,2 und 18,7 kflz liegen. Der Zähler
Zä ist dabei siebenstellig auszuführen, wobei von den mit Q1 bis Q7 bezeichneten
Zählausgängen ebenfalls nur die vier mit der höchsten Wertigkeit, also Q4 bis Q7,
ausgewertet werden müssen.
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L e e r s e i t e