DE3144649A1

DE3144649A1 - Ein aus digitalen stromkreisen gebildeter sinusgenerator fuer fermeldeanlagen, insbesondere fernsprechanlagen

Info

Publication number: DE3144649A1
Application number: DE19813144649
Authority: DE
Inventors: Allan 33445 Delray Beach Fla. Levy
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-11-12
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1982-09-09
Also published as: US4368432A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 80 P 8 2 5 5 DE

Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator für Fernmeldeanlagen, insbesondere Fernsprechanlagen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen aus digitalen Stromkreisen gebildeten Sinusgenerator für Fernmeldeanlagen, insbesondere Fernsprechanlagen, der aus einer von einem Oszillator gelieferten Eingangsfrequenz mittels eines Frequenzteilers mehrere Ausgangsfrequenzen bildet. ■
15

Bekannte Sinusgeneratoren mit digitalen Stromkreisen basieren auf der mathematischen Annäherung der Sinuswelle gemäß der Formel:

"5 5 sine —* χ = Cx + C,x + Cj-x + ...

wobei C1, C3, C5 Konstante sind. Eine solche Annäherung kann in einem Rechnersystem zur Erzeugung von Sinus- oder Kosinuswellen ohne weiteres verwendet werden.

Durch das U.S.-Patent 3.569.684 ist ein Sinusgenerator bekannt, der aus einer Diodenanordnung besteht. Die Sinuswerte sind als Binärwerte gespeichert und werden adressiert abgerufen. Solche Anordnungen werden beispielsweise bei Gyrometer verwendet. Dort erfolgt eine Umsetzung von Analogwerte der Winkelmessungen in Binärzahlen. Bei dieser bekannten Anordnung werden die Binärwerte aufgrund vorhandener Adressen ausgelesen.

Durch das U.S.-Patent 3.723.719 ist weiterhin ein Digi-

Mt 1 Bo / 5.11.1981

VPA 80 P 8 2 5 5 DE

tal-Analog-Umsetzer zur Umsetzung von digitalen Winkelinforma-tionen in analogen Winkelinformationen, die zur Prüfung eines Servo-Mechanismus dienen, beschrieben. Dieser Umsetzer hat Eingänge zur Aufnahme der digitalen Winkelwerte, die über integrierte Schalter und Widerstände eines Leitungsnetzwerkes die Analogwerte in Form von Spannungsfunktionen ermitteln. Die Annäherung an der Sinus- bzw. Kosinusfunktion ist umso besser, je höher die Anzahl der Widerstandsstufen im Widerstandsnetzwerk ist. Jeder Analogwert ist zusammengesetzt aus digitalen Werte und damit bestimmt durch das Wirksamwerden entsprechender Schalter und Widerstände.

Ferner ist durch das U.S.-Patent 3.974.498 eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung von digitalen Winkelwerten in analogen Sinus- und/oder Kosinuswerte bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein Widerstandsnetzwerk vorgesehen, das aus einer Reihe von einzelnen Widerständen besteht, deren Widerstandswerte entsprechend einer gewissen Funktion ausgewählt werden. Ein digitaler Steuerspeicher speichert die Eingabewerte der Winkelfunktionen digital und eine entsprechende Reihe von Wiederstandsstufen stellt die eingegebenen digitalen Werte dar. In dem Speicher sind die Winkelwerte von O^abis 45gespeichert und aus diesen Werten sind alle anderen Werte von O°bis 36O^öbestimmbar. Ein zweites Widerstandsnetzwerk dient zur Festlegung der gegebenenfalls erforderlichen Korrekturfunktionen.

Die genannten bekannten Digital-Analog-Umsetzer erzeugen alle ein einem digitalen Eingabesignal entsprechendes analoges Ausgangssignal, wobei jedes Signal einem bestimmten Winkelwert, d.h. Kosinus- bzw. Sinuswert entspricht. AlIf diese Anordnungen sind aber sehr komplex.

Bei diesen Anordnungen ist die Bestimmung des Winkelwertes wichtiger als die Stabilität der Frequenz.

- j- VPA 8OP 8 2 5 5 OE

Bei einem bekannten Sinusgenerator nach dem Buch "Advanced Electronic Circuits" von Tietze und Schenk, herausgegeben vom Springer-Verlag, 1978, Abschnitt 14, Seite 411 bis 441 (FIG 14.18 bis 14.21) enthält der Digital-Analog-Umsetzer zur Erzeugung eines Sinussignals zwei Widerstandsnetzwerke. Dabei ist jeder Widerstand in jedem der beiden Netzwerke über einen Schalter mit einer Ausgangsleitung verbindunbar. Diese Schalter müssen wahlweise in einer bestimmten Folge mit ungleichen Zeitintervallen betätigt werden. Gleichzeitig kann nur ein Widerstand der beiden Netzwerke mit einem Ausgang verbunden sein, so daß der dann fliessende Strom den momentanen Wert des Sinussignales bestimmt. Diese bekannteAnordung ist nicht nur sehr ungenau, sondern auch hinsichtlich der Steuerung kompliziert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Sinusgenerator zu bilden, der aus digitalen Stromkreisen besteht und der über ein einfaches, hochwirksames Netzwerk die Erzeugung von Sinuswellen unterschiedlicher Frequenz in einfacher Weise ermöglicht.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein Hochfrequenz-Oszillator, zur Erzeugung von Rechteckausgangspulsfolgen und ein Frequenzteiler mit einem die Rechteckausgangspulsfolgen aufnehmenden Binärzähler vorgesehen sind und die Ausgänge des Binärzählers mit einem binären Schieberegister, welches als ein durch η-teilenden Zähler, der m-Ausgänge aufweist, ausgebildet ist und m-Zählschritte aufweist, wobei vorzugsweise m=n/2 ist, über einen gemeinsamen Takteingang verbunden ist und wobei jedem der genannten Ausgänge jeweils ein entsprechender Schritt der Zählschritte zugeordnet ist und ferner diese Ausgänge mit einem V/iderstandsnetzwerk mit m-Teilwider-

-X- VPA 8OP 8 25 5 DE

ständen verbunden sind, wobei jeder Widerstand einerseits mit dem entsprechenden Ausgang und andererseits gemeinsam mit allen anderen Widerständen mit dem "ingang eines Tiefpaßfilternetzwarkes verbunden ist und dap am Tiefpaßfilternetzwerkausgang ein sinusförmiges Ausgangssignal des Generators gebildet wird.

Hierdurch ist es in einfacher Weise mit den gleichen Widerständen des WiderStandsnetzwerkes möglich, sowohl den positiven Teil als auch den negativen Teil von sinusförmigen Signalen unterschiedlicher Frequenz zu bilden. Weder der Gleichstromanteil noch andere Einflüsse verändern die Sinusform des Signales.

VPA 80 P 8255 DE

Zum Verständnis des Anmeldungsgegenstandes ist nachfolgend anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Die FIG 1 zeigt eine prinzipielle Blockschaltbilddarstellung eines Sinusgenerators für mehrere Frequenzen. Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Sinusgenerator aus einem Binärzähler, mit Johnson-Zahlstufen und aus einem mit den Ausgängen des Zählers verbundenen Widerstandsnetzwerkes besteht.

Die FIG 2 zeigt eine graphische Darstellung der Zeit-Beziehungen der Ausgangssignale der Johnson-Zahlstufen des Binärzählers nach FIG 1.

Die FIG 3 ist eine andere graphische Darstellung, wobei die gestrichelte Linie eine Stufenfunktion darstellt, die aus dem Ausgangssignal des Zählers in Bezug auf die Funktion des Widerstandsnetzwerkes erhalten wird. Die durchgezogene Linie stellt eine Sinuswelle dar, welche aus der vorgenannten Stufenfunktion mittels eines Tiefpaßfilters entsteht.

Die FIG 4 zeigt eine detaillierte Darstellung einer Anwendung des Sinusgenerators nach FIG 1.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend anhand der FIG 1 bis 5 beschrieben.

Die FIG 1 zeigt das prinzipielle Blockschaltbild eines Sinusgenerators, der auch als Digital-Analog-Umsetzer verwendbar ist. Dieser besteht im wesentlichen aus digitalen Stromkreisen. Es ist ein Oszillator 1 vorgesehen, der eine Rechteckpulsfolge hoher Frequenz fg am Ausgang erzeugt. Der Oszillator selbst kann aus konven-

- ΛΟ VPA 80 P 8255 DE tionellen Schaltmitteln bestehen, aber er muß hinsichtlich der Frequenz stabilisiert sein, da die Frequenz als Bezugsfrequenz der Frequenz der zu erzeugenden Sinuswelle dienen soll.

Der Ausgang des Oszillators 1 ist mit einem Takteingang CLK des Frequenzteilers 2 verbunden. Dieser Frequenzteiler 2 kann auch aus konventionellen Schaltmitteln bestehen und dient zur Teilung der Eingangsbezugsfrequenz f_Q in vorbestimmten Stufen. Diese Stufen sind abhängig von dem Verhältnis der Bezugsfrequenz zur Frequenz der zu erzeugenden Sinuswelle. Wie später im einzelnen beschrieben wird, enthält der Frequenzteiler eine Anzahl von parallelen Ausgängen, über die PuIsfolgen unterschiedlicher Frequenz f1 bis f5 geliefert werden.

Diese Ausgänge werden wahlweise mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung verbunden, wie mit der Brücke 3 in FIG 1 angedeutet ist. Eine derartige Ausführungsform wird gewählt, wenn der im wesentlichen zur Erzeugung von Sinuswellen unterschiedlicher Frequenz vorgesehene Sinusgenerator nahezu fortlaufend zur Erzeugung einer Sinuswelle bestimmter Frequenz verwendet wird. Dennoch kann der Sinusgenerator auch wieder für die Erzeugung von Sinuswellen unterschiedlicher Frequenz verwendet werden, wenn ein anderer Ausgang des Frequenzteilers mit der gemeinsamen Ausgangsleitung verbunden wird.

Eine jeweils vorübergehende Auswahl einer Sinusfrequenz aus mehreren Frequenzen wird bei einer anderen Ausführungsform dreh Verbindung der Ausgänge des Frequenzteilers mit der gemeinsamen Leitung erhalten, wie mit gestrichelten Linien in der FIG 1 angedeutet ist. Bei

VPA 80 P 8255 DE diesem Ausführungsbeispiel ist dann jeder Ausgang des Frequenzteilers mit der gemeinsamen Ausgangsleitung

(der
über einen) Transistorschalter 3^f verbindbar. Wie in der FIG 1 angedeutet ist, ist ein derartiger Transistorschalter 3' in einfacher Weise über eine Auswahleinheit 30 steuerbar. Diese Auswahleinheit 30 enthält eine Steuerspannungsquelle 31, die wahlweise mit einer Steuerelektrode des Transistorschalters über einen Schrittschalter 32 verbindbar ist. 10

Der ausgewählte und durchverbundene Ausgang des Frequenzteilers 2 wird mit einem Takteingang CLK des Schieberegisters 4 verbunden. Das Schieberegister kann als Binärzähler ausgeführt sein, beispielsweise als fünfstufiger Zähler mit Ausgängen Q1 bis Q5. Bei dieser Ausführungsform wird eine fortlaufende Verschiebung dadurch erreicht, daß einer der Ausgänge mit einem Dateneingang D des Zählers verbunden wird.

Wie in FIG 1 dargestellt, ist angenommen, daß das Schieberegister 4 aus fünf Johnson-Zahlstufen besteht und der Ausgang Q5 der fünften Zählerstufe mit dem Dateneingang D rückgekoppelt ist. In diesem Falle arbeitet das Schieberegister 4 zusätzlich zum Frequenzteiler 2 als weiterer Frequenzteiler, der die Frequenz, welche seinem Eingang CLK zugeführt wird, durch 10 teilt. Man kann also allgemein feststellen, daß das Schieberegister 4 aus einer beliebigen Anzahl m von Zählstufen bestehen kann und dabei einen Teilungswert η aufweist, wobei η gleich 2m ist, wenn alle Stufen verwendet werden.

Mit der Ausgangsseite des Schieberegisters 4 ist ein Widerstandsnetzwerk verbunden, welches aus Widerständen R.1 bis R5 bestimmter Wertigkeiten besteht. Jeder dieser

- j/' - VPA 80 P 8255 DE

Widerstände ist mit seinem ersten Ende mit einem entsprechenden Ausgang Q1 bis Q5 des Schieberegisters 4 verbunden. Die jeweils anderen Enden der Widerstände R1 bis R5 sind gemeinsam mit einem Punkt verbunden, der den Ausgang des Widerstandsnetzwerkes darstellt. Die Widerstände weisen einen relativ hohen Widerstandswert auf und sind so abgestuft, daß der Widerstand R^» der mit der entsprechenden K-Stufe des Schieberegisters 4 verbunden ist, folgenden Wert hat

R.

^k sine ₅ (k-C)

wobei R einem Bezugswiderstandswert entspricht; k einem positiven ganzzahligen Wert zwischen 1 und m entspricht;

C dem Wert 1/2 entspricht, wenn m eine ungerade Zahl ist und wobei C dem Wert 0 entspricht, wenn m eine gerade Zahl darstellt.

Diese besondere Bemessung der Widerstände R1 bis R5 wird nachfolgend noch anhand der detaillierten Beschreibung der FIG 2 und FIG 3 erläutert. Vorerst genügt es zu wissen, daß das Schieberegister 4 mittels einer positiven und einer negativen zugeführten Spannung +V_Q und -V^ gesteuert wird und für alle parallelen Zweige des Widerstandsnetzwerkes als normale Spannungsquelle dient. Abhängig vom Wert der Widerstände des Widerstandsnetzwerkes fließen durch jeden der Zweige des Netzwerkes Teilströme i^ bis L·. Diese Teilströme addieren sich zu einer Summe i am gemeinsamen Anschluß. Es muß hier festgestellt werden, daß die Richtung des Teilstromes in jedem Zweig vom Zustand der jeweiligen Zählstufe des Schieberegisters abhängt.

Der Summenstrom i wird einem Eingang eines Tiefpaßfilternetzwerkes 5 zugeführt. Ein weiterer Widerstand R6 liegt zwischen diesem Eingang und Erdpotential. Abhängig vom

VPA 80 P 8255 DE jeweiligen Wert des Summenstromes besteht ein bestimmter Spannungsabfall an diesem Widerstand. Diese Spannung steuert einen Filterstromkreis. Das Tiefpaßfilternetzwerk ist in der nachfolgenden Beschreibung noch in Einzelheiten erläutert. An dieser Stelle sei nur festgehalten, daß das Tiefpaßfilter ein Ausgangssignal u an einem Ausgang erzeugt, wobei das Signal dem analogen equivalenten Wert des Summenstromes i und der Eingangsspannung des Filternetzwerkes entspricht.

Wie dieses analoge Ausgangssignal u abgeleitet wird, wird jetzt in Verbindung mit den Diagrammen in FIG 2 und FIG 3 näher beschrieben. Die FIG 2 zeigt verschiedene Wellenformen, die in einer richtigen, zeitlichen Beziehung mit den bipolaren Ausgangssignalen an den Ausgängen Q1 bis Q5 des Schieberegisters 4 stehen. Entsprechend der Umlaufverschiebeeigenschaft des Schieberegisters 4 werden die gespeicherten Informationen von Zählstufe zu Zählstufe weitergeschoben. Dementsprechend wird auch ein Ausgangssignalwechsel vom positiven zum negativen Zustand und umgekehrt am Ausgang der benachbarten Zählstufe mit einer Zeitverzögerung At erreicht. Diese Zeitverzögerung entspricht dem reziproken Wert des Pulswertes des digitalen Eingangssignales, das dem Takteingang CLK des Schieberegisters 4 zugeführt wird. Dementsprechend haben die Teilströme i^, die durch die Zweige des Widerstandsnetzwerkes fließen, entweder ein positives oder ein negatives Vorzeichen.

Der sich ergebende Wert des Summenstromes i ist in FIG 3 mit der gestrichelten Linie dargestellt. Das gezeigte Diagramm ist stufenförmig und ist bezogen auf einen Winkelmaßstab cj>. Diese Stufenfunktion kann graphisch und sofort von den entsprechenden Zuständen der Zählerstufen, wie sie in FIG 2 gezeigt sind, abgeleitet werden. Dabei muß davon ausgegangen werden, daß die Am-

■ VPA 80 P 8255 DE plitudendifferenz zwischen zwei benachbarten Stufen auch von der Bemessung der Widerstände R1 bis R5 des Widerstandsnetzwerkes abhängt. Aus der FIG 2 ist ersichtlich, daß zum Zeitpunkt ti alle Zählstufen des Schieberegisters 4 sich in einem positiven Zustand befinden. Diese Zeit ti entspricht dem Wert ZT (90° Wert) der Sinuswellenform u und des Wertes der stufenförmig dargestellten Welle i.

Zu den Zeitpunkten t2 und t2' schaltet die mittlere Zählstufe vom einen Zustand zum anderen Zustand um. Zu diesen Zeitpunkten sind zwei der Zählerstufen im positiven Zustand und bleiben zwei andere Zählstufen im negativen Zustand. Gemäß der Bemessung der entsprechenden Widerstände R1, R2 und R4, R5 führen die Teilströme i^ bis i_k zu einem Summenstrom i, dessen Wert 0 ist. Die entsprechenden Werte des Winkelmaßstabes φ sind Φ = 0 und i - J/f. . Die reziproken Bedingungen der Zählstufen sind im linken Teil der Diagramme nach FIG 2 dargestellt. Die dort gezeigten Werte fuhren, wie aus der FIG 3 hervorgeht, zum negativen Wert der stufenförmig eingezeichnetHiWelle und zum negativen Wert der Sinuswelle.

Bei der in FIG 1 dargestellen Ausführungsform ist davon ausgegangen, daß das Schieberegister 4 wieder nach einem Zyklus von 10 Taktpulsen den gleichen Funktionszustand aufweist, wobei m = ■£ =5. Dies bedeutet, daß für eine volle Periode der stufenförmig gezeichneten

JO Welle und der entsprechenden Sinuswelle 10 Stufenwerte mit einer Stufenbreite von /-Γ -=- 3 ί entsteht. Da die stufenförmige Welle und die sinusförmige Welle zentriert sein müssen um symmetrisch zu sein und zwar im Bezug auf $= 7Γ/2. und </>= ~5jj~/2 sind dann die Abtastwinkel der Sinuswelle 18°, 54°, 90°, 126°, 162°, 198°, usw. Dementsprechend wird der Wert des ersten Widerstandes des Widerstandsnetzwerkes entsprechend der vor-

/IS ·

VPA 30 P 8255 DE

stehend angegebenen Gleichung durch den Wert $/sine als Beispiel bestimmt.

Bei anderen Ausführungsformen des Schieberegisters 4 und des damit verbundenen Widerstandsnetzwerkes, bei einer geraden Anzahl von Zählars tufen und entsprechender Widerstände hat die Konstante C der vorstehend beschriebenen Gleichung für Widerstandswerte R^ den Wert 0, wenn alle abgetasteten Punkte automatisch bezüglich des Maximums, Minimums und Nullwertes der Sinuswelle zentriert sind.

Eine genauere Beschreibung des Sinusgenerators erfolgt anhand der Blockschaltung nach FIG 4. Der Oszillator 1 besteht aus einem Quartzkristall 11, einem relativ hohen ohmschen zusätzlichen Widerstand 12 und einem konventionellen Inverter 13. Diese Schaltelemente 11,12 und 13 sind parallel geschaltet. In Reihe mit diesen parallelgeschalteten Schaltelementen liegt ein zweiter Inverter 14, der zwischen den genannten parallelgeschalteten Schaltelementen und dem Ausgang des Oszillators 1 angeordnet ist. Der zweite Inverter 14 liegt symmetrisch zwischen den angeschalteten Spannungen +V^ und -V_D, . Auf diese Weise wird eine bipolare Ausgangspulsfolge erzeugt, die eine stabilisierte Bezugsfrequenz f hat.

Dieses Signal hoher Frequenz wird dem Frequenzteiler 2 zugeführt, der im wesentlichen aus zwei Stufen besteht und zwar aus einem konventionellen Binärzähler 21, der als Rippler-Bjnärzähler ausgeführt ist, und aus einem weiteren η-Teiler, als Zähler 'besteht, welcher aus einer Vielzahl von Johnson-Zahlstufen zusammen-

gesetzt ist. Beide Teile sind symmetrisch zwischen den positiven und negativen, angeschalteten Spannungen +V^ und -V^ geschaltet und erzeugen dementsprechend bipo-

/fc.

VPA 80 P 8255 DE lare Ausgangspulse. Die erste Anordnung teilt die einkommende Signalpulsfolge f , die zum Dateneingang in einem Verhältnis 1:2^Z zugeführt wird, wobei ζ die Zahl der Stufen des Binärzählers 21 darstellt. Mit konventionellen Komponenten und mit einer entsprechenden externen Verdrahtung wird eine große Flexibilität hinsichtlich -'-_... einer gewünschten Teilung erreicht.

Ein Ausgangssignal, das von der gewählten Ausgangstufe des Binärzählers 21 empfangen wird, wird dem Takteingang CLK des Johnson-Zählers 22 zugeführt. Es ist in dieser Beziehung ein digitaler Komponent gewählt, der aus fünf Johnson-Zahlstufen besteht, beispielsweise der Komponent Nr. CD 4018 der RCA. Bei der Ausführungsform nach FIG 4 werden nur drei der Stufen verwendet und sind dementsprechend die Ausgänge Q1, Q2 und Q3 vorgesehen.

Dementsprechend ist die Anordnung so, daß die entsprechendοιVerbindungen der Ausgangsstufen Q1, Q2 oder Q3 zu Dateneingängen führen, welche sich aus einer Teilung durch 2, einer Teilung durch 4 und einer Teilung durch ergeben. Eine Teilung durch 3 kann dadurch erreicht werden, daß die Eingänge Q1 und Q2 normal mit dein Dateneingang über ein UND-Gatter 23 verbunden sind. Eine entsprechende externe Verdrahtung für die Auswahl einer Teilung durch 5 bedeutet die Aufnahme eines zweiten UND-Gatters 24, welches zwischen den Ausgängen Q2 und Q3 an der einen Seite und dem Dateneingang an der anderen Seite eingefügt sein soll. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist keine Voreinstellung oder Rückstellung erforderlich und sind die entsprechenden Eingänge der Komponenten mit der negativen, zugeführten Spannung -V^ verbunden.

Da der erfindungsgemäße Sinusgenerator zur Erzeugung von Sinuswellen mit verschiedenen Frequenzen einstellbar

3H4F43

- VPA 80 P 8255 DE sein muß, müssen Maßnahmen für die wahlweise Durchschaltung einer der beschriebenen Leitungen zwischen dem Frequenzteiler und dem Eingang des Binärzählers getroffen werden. Zweifellos sind mehrere Möglichkeiten solcheMaßnahmen zu treffen. Eine sehr einfache Lösung ist in der FIG 4 gezeigt. Jeder Ausgang der Zählstufen und der beiden UND-Gatter sind mit einem ersten Anschluß der Verbindungsbrückeri/3"verbunden, deren zweite Anschlüsse über eine gemeinsame Leitung zu dem Dateneingang des Zählers 22 führt. Für die Auswahl einer der fünf verschiedenen Frequenzen muß lediglich der entsprechende Verbindungskontakt zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlußpunkt betätigt werden. Dies ist als Beispiel für den mittleren Kontakt 3*'in der FIG 1 und in der FIG 4 gezeigt. Die anderen gezeigten Kontakte bleiben dabei geöffnet. Wenn eine andere Frequenz der Gruppe wählbaren Frequenzen auszuwählen ist, so muß in einfacher Weise eine andere Durchschaltung anstelle der bisherigen Durchschaltung erfolgen. Die Maßnahme der wahlweisen Durchschaltung einer der Ausgänge des Frequenzteilers 2 zum Dateneingang des Binärzählers 22 kann selbstverständlich auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Ein anderes Beispiel einer schaltergesteuerten Durchschaltung ist in der FIG 1 angegeben.

Die Rückkopplungsverbindung des Dateneinganges des Binärzählers 22 bildet auch der Ausgang der Frequenzteil er anordung, an dem eine Zeitsignalpulsfolge mit einer Frequenz f. angeschaltet wird. Diese Pulsfolge wird dem Takteingang CLK des weiterhin vorgesehenen Binärzählers 4 zugeführt. Dies kann mit dem gleichen digitalen Schaltmittel erfolgen, als für den Binärzähler 22 gezeigt ist. Der Binärzähler 4 wird symmetrisch gespeist über positive und negative Potentiale + V^ und - Vq. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht

VPA 80 P 8255 DE der Zähler 4 aus einem durch 10 teilenden Zähler, da der Ausgang Q5 der fünften Johnson-Zahlstufe mit dem Dateneingang des Zählers 4 rückgekoppelt ist.

Mit den Ausgängen Q1 bis Q5 des Zählers 4 ist ein Widerstandsnetzwerk verbunden, welches aus den Widerständen R1 bis R5 besteht. Jeder dieser Widerstände ist mit einem einsprechenden Ausgang Q1 bis Q5 des Binärzählers 4 über einen Anschluß verbunden_?wobei die jeweils anderen Anschlüsse aller Widerstände zu einem gemeinsamen Anschlußpunkt führen.

Das Widerstandsnetzwerk und seine Funktion wird jetzt anhand der FIG 1 bis 4 beschrieben. Die Widerstandswerte der Widerstände R1 bis R4 sind beispielsweise so gewählt, wie in FIG 4 angegeben ist. Der Widerstandswert des Widerstandes R3'ist mit 178K angegeben und kann als Bezugswiderstandswert angenommen werden, mit Hilfe dessen die Werte der anderen Widerstände R1¹, R5'und R2^l, R4^r abgeleitet werden. Auf diese Weise entsteht durch die Zusammenarbeit des zweiten Binärzählers 4 mit dem Widerstandsnetzwerk die Rechteckwellenform des Summenstromes i¹ am gemeinsamen Verbindungspunkt des Widerstandsnetzwerkes. Diese Rechteckwellen- form ist in FIG 3 dargestellt.

Der harmonische Inhalt dieser Stufenfunktion muß zur Ableitung der linearen Sinusfunktion gefiltert werden. Dies wird erreicht durch Zuführung der Summenstromes i zum Eingang 55 des Tiefpassfilternetzwerkes 5. Zwischen dem Eingang 55 und Erde liegt ein weiterer Widerstand R6¹. Der Summenstrom i', der dem Eingang 51 des Filternetzwerkes zugeführt wird, fließt über diesen Widerstand und bewirkt einai Spannungsabfall, welcher sich auf das Tiefpassfilternetzwerk auswirkt. Das nicht-

VPA 80 P 8255 DE invertierte aktive Filter besteht aus zwei Kondensatoren C1 und C2, sowie aus zwei weiteren Widerständen R7*und R8, sowie einem Operationsverstärker 52, der als offener Kollektorvergleicher vorgesehen ist. Der Widerstand R8 ist mit seiner einen Seite mit dem Eingang 51 und mit der anderen Seite über den Verbindungspunkt 53 mit dem Kondensator C2 verbunden. Die andere Seite des Blockkondensators C2 ist normaler Weise mit dem invertierenden Eingang (-) und mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 52 verbunden. Hierbei ist der Ausgang des Operationsverstärkers 52 mit dem invertierten Eingang rückgekoppelt. Ein weiterer Widerstand R9 ist als Ladewiderstand vorgesehen und verbindet den Ausgang des Operationsverstärkers 52 mit dem positiven Potential +V^. Der nichtinvertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers 52 ist über den Widerstand R7 mit dem Verbindungspunkt 53 verbunden. Der Widerstand R7 hat den gleichen Widerstandswert als der Widerstand R8. Der als Filter vorgesehene Kondensator C1 liegt zwischen dem nichtinvertierenden Ausgang des Operationsverstärkers 52 und Erdpotential.

Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 53 ist weiterhin ein dritter Kondensator C3 verbunden, der mit dem anderen Anschluß an Erdpotential liegt. Dieser Kondensator C3 dient als Ableitkondensator und damit zum Schutz des aktiven Filternetzwerkes gegen Schwingungen. Aus dem Vorstehenden geht also hervor, daß das Filternetzwerk im wesentlichen als ein Netzwerk mit einer relativ hohen Singangsimpedanz ausgebildet ist um damit den zweiten Binärzähler 4¹ gegenüber starken Strombelastungen zu schützen. Ferner ist das Filternetzwerk als aktiv Tiefpaßfilter mit einem Operationsverstärker ausgelegt, der als Vergleicher in einem offenen KollektorStromkreis dient. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist schließlich der Ausgang des Sinusgene-

IM-H '--/ -r

VPA 80 P 8255 DE

rators, der das Ausgangssignal u_Q liefert.

11 Patentansprüche
4 Figuren

Leerseite

Claims

VPA 80 P 8255 DE Pat ent ansp rü ehe

f1 J Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator für Fernmeldeanlagen, insbesondere Fernsprechanlagen, der aus einer von einem Oszillator gelieferten Eingangsfrequenz mittels eines Frequenzteilers mehrere Ausgangsfrequenzen bildet, dadurch gekennzeichnet , daß ein Hochfrequenz-Oszillator (1 in FIG 1) zur Erzeugung von Rechteckausgangspulsfolgen und ein Frequenzteiler (2) mit einem die Rechteckausgangspulsfolgen aufnehmenden Binärzähler (22) vorgesehen sind und die Ausgänge des Binärzählers (4) mit einem binären Schieberegister (4), welches als ein durch η-teilenden Zähler, der m-Ausgänge aufweist, ausgebildet ist und m-Zählschritte aufweist, wobei vorzugsweise m=n/2_füber einen gemeinsamen Takteingang (fj_N) verbunden ist und wobei jedem der genannten Ausgänge (Q1 - Q5) jeweils ein entsprechender Schritt der Zählschritte (m) zugeordnet ist und ferner diese Ausgänge mit einem Widerstandsnetzwerk mit m-Teilwiderständen verbunden sind, wobei jeder Widerstand einerseits mit dem entsprechenden Ausgang des Schieberegisters (4) und andererseits gemeinsam mit allen anderen Widerständen mit dem Eingang eines Tiefpaßfilternetzwerkes (5) verbunden ist und daß am Tiefpaßfilternetzwerkausgang ein sinusförmiges Ausgangssignal (u ) gebildet wird.
2. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Schieberegister (4) aus Johnson-Zahlstufen besteht und mit gleich hohen positiven und negativen Speisespannungen verbunden ist und das Schieberegister (4) so gesteuert wird, daß im Hinblick auf einen Bezugspegel ein Null-Volt-Gleichgewicht besteht.

■*■/.■ ·ι

ί VPA 80 P 8255 DE
3. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet , daß die einerseits mit einem gemeinsamen Vielfachpunkt verbundenen parallelgeschalteten Widerstände des Widerstandsnetzwerkes über diesen Vielfachpunkt und einen weiteren Widerstand (R6) mit einem Erdpotential verbunden sind.
4. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das Tiefpaßfilternetzwerk (5) einen Operationsverstärker (OV) mit einem positiven und einem negativen Eingang und einem gleichzeitig den Ausgang (u ) des Sinusgenerators bildenden Ausgang und ferner ein Spannungsteiler bestehend aus zwei in Reihe geschalteten Widerstände (R6¹, R8' in FIG 4), wobei dieser Spannungsteiler zwischen dem genannten Eingang des Filternetzwerkes und dem positiven Eingang des Operationsverstärkers (OV) geschaltet ist, sowie einen ersten zwischem dem positiven Eingang des Operationsverstärkers (OV) und Erdpotential geschalteter Kondensator (C1), ein,, zweiten zwischen dem einen Anschlußpunkt der in Reihe geschalteten Widerstände des Spannungsteilers und dem negativen Eingang des Operations-Verstärkers (OV) geschalteten. Kondensator (C2) und eine/i zwischen der positiven Speisespannung einerseits und dem negativen Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers andererseits liegenden Widerstand (R9) enthält.
5. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennze i c h η e t ,daß das Tiefpaßfilternetzwerk weiterhin ein/Ableitkondensator zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers (OV) und Erdpotential aufweist.

VPA 80 P 8255 DE
6. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Hochfrequenz-Oszillator

(1) ein Quartzkristall, ein Widerstand und erster Inverter parallelgeschaltet sind, welche einerseits über einen zweiten Inverter (14) mit dem Ausgang des Oszillators (2' in FIG 4) in Verbindung stehen.
7. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenzteiler (2 in FIG 1) ein erster einen Dateneingang und ein/Ausgang aufweisender Binärzähler (21 in FIG 4) der symmetrisch zwischen einer positiven und einer negativen Speisespannung liegt, wobei der Dateneingang mit dem Ausgang des Rechteckpulse liefernden Oszillators (1') verbunden ist und ferner ein zweites zwischen positiver und negativer Speisespannung liegendes Schieberegister (22) mit einem Dateneingang, sowie einem mit dem Ausgang des Binärzählers in Verbindung stehenden Taktpulseingang und mit parallelen Ausgängen von denen jeweils einer wirksam über einen Widerstand des Frequenzteilernetzwerkes mit dem Eingang des Tiefpaßnetzwerkes verbunden ist, enthält.
8. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Schieberegister (22) ein Ausgangsnetzwerk mit einer Vielzahl von UND-Gattern aufweist, deren Eingänge jeweils mit zwei benachbarten Ausgängen des zwaien Schieberegisters (22) und deren Ausgang jeweils ein zusätzlicher Ausgang des Frequenzteilers (2') bilden und ferner eine Rückkopplungsverbindung zwischen dem Ausgang des Frequenzteilers und dem Dateneingang des zweiten Schieberegisters (22) besteht.

Ϋ.

VPA 80 P 8255 DE
9. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß Wahlschaltmittel zur Verbindung eines Ausganges der parallelen Ausgänge des Frequenzteilers (2') mit dem Taktpulseingang des ersten Schieberegisters (4¹) vorgesehen sind.
10. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 9, dadurch g e k e η nzeichnet , daß die Wahlschaltmittel Verbindungs elemente aufweisen, die jeweils einem Ausgang des Frequenzteilers (2¹) zugeordnet sind, um so einen Ausgang des zweiten Schieberegisters (22) mit einem Eingang des ersten Schieberegisters (A-') zu verbinden.
11. Ein aus digitalen Stromkreisen gebildeter Sinusgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Auswahlschaltmittel aus Transistorschalter bestehen, die jeweils eine Hauptelektrode und eine Steuerelektrode aufweisen, welche zwischen einem der Ausgänge des zweiten Schieberegisters (22) und einem Eingang des ersten Schieberegisters (4·) liegen und ferner ein Wähler (32 in FIG 1) zur Auswahl des jeweils anzusteuernden Transistors (3') vorgesehen ist.