DE3216633A1

DE3216633A1 - Schaltungsanordnung zum umsetzen eines impulsdauermodulierten signals mit einer ersten impulsfolgefrequenz in ein impulsdauermoduliertes signal mit einer zweiten impulsfolgefrequenz

Info

Publication number: DE3216633A1
Application number: DE19823216633
Authority: DE
Inventors: Horst 8050 Freising Diewald
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1982-05-04
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1983-11-10

Description

PRINZ, BUTsEKE &:RÄRf

Patentanwälte *..* EUrope»R~ ^w*Ment * Attorneys 3 21663 3

München KJ Stuttgart

TEXAS INSTRUMENTS ' 4. Mai 1982

DEUTSCHLAND GMBH
Haggertystraße 1
8050 Freising

Unser Zeichen: T 3487

Schaltungsanordnung zum Umsetzen eines impulsdauermodulierten Signals mit einer ersten Impulsfolgefrequenz in ein impulsdauermoduliertes Signal mit einer zweiten Impulsfolgefrequenz

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Umsetzen eines impulsdauermodulierten Signals mit einer ersten Impulsfolgefrequenz in ein impulsdauermoduliertes Signal mit einer zweiten Impulsfolgefrequenz unter Aufrechterhaltung des Tastverhältnisses zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Taktgenerator, der ein Signal mit der zweiten Impulsfolgefrequenz erzeugt, einen Impulsdauermodulator, der das vom Taktgenerator erzeugte Signal in Abhängigkeit von einem Modulationssignal moduliert, und eine Regelschleife, die den Gleichspannungsmittelwert des vom Impulsdauermodulator abgegebenen Signals gleich dem Gleichspannungsmittelwert des umzusetzenden impulsdauermodulierten Signals hält.

Eines der derzeit zur Informationsübertragung angewendeten Verfahren besteht darin, eine periodische Impulsfolge mit fester Impulsfolgefrequenz zu übertragen, in der die zu übertragende Information durch die Dauer der einzelnen Impulse und damit auch durch das Tastverhältnis repräsentiert wird.

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Das zu übertragende Signal ist dabei ein impulsdauermoduliertes Signal. Im Verlauf der Übertragung eines solchen
Signals kann es vorkommen, daß die Impulsfolgefrequenz des zu übertragenden Signals ungünstig für den zur Verfügung st< henden Ubertragungskanal ist, weil dessen Möglichkeiten nicl optimal ausgenutzt werden. Beispielsweise kann die Frequenz des zu übertragenden Signals wesentlich niedriger als die Fj quenz sein, mit der der Ubertragungskanal arbeiten kann. Be: einer entsprechenden Frequenzumsetzung darf die in dem Sign; enthaltene Information nicht verändert werden, was bedeutet, daß das umgesetzte Signal das gleiche Tastverhältnis wie da£ umzusetzende Signal haben muß. Mittels der erfindungsgemäßei Schaltung kann eine solche Frequenzumsetzung vorgenommen

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sorgt der Rege] kreis dafür, daß das umzusetzende Signal und das umgesetzte Signal das gleiche Tastverhältnis haben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Untei ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungi anordnung,

Fig. 2 ein genaues Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Anwendung: beispiels der erf.indungsgemäßen Schaltungsanordnung

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist
einen Einfang 1 auf, an dem ihr ein impulsdauermoduliertes Signal mit einer ersten Impulsfolgefrequenz zugeführt
werden kann. An einem Ausgang. 2 gibt die Schaltungsan-

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Ordnung ein impulsdauermoduliertes Signal mit einer zweiten Impulsfolgefrequenz ab, das jedoch das gleiche Tastverhältnis wie das dem Eingang 1 zugeführte Signal ! hat.

Die Schaltungsanordnung enthält einen Taktgenerator 3, der an seinem Ausgang 4 ein Signal mit der zweiten Impulsfolgefrequenz abgibt. Dieses Signal ist ein Recht-

i ecksignal, dessen Tastverhältnis einen beliebigen, i

vorgegebenen Wert hat. Der Ausgang 4 des Taktgenerators 3 ist mit dem Eingang 5 eines Impulsdauermodulators 6 verbunden, der das seinem Eingang 5 zugeführte Signal abhängig von einem seinem Modulationseingang 7 zugeführten Modulationssignal moduliert. Der Impulsdauermodulator 6 gibt das modulierte Signal an seinem Ausgang 8 ab. Das dem Eingang 1 zugeführte impulsdauermodulierte Signal gelangt zum Eingang 9 eines Demodulators 10, der an seinem Ausgang 11 das demodulierte Signal abgibt. Der Eingang 12 eines zweiten Demodulators

13 ist mit dem Ausgang 8 des Impulsdauermodulators 6 verbunden; dieser zweite Demodulator 13 gibt an seinem Aus- j

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gang 14 das demodülierte Signal ab. Die Ausgänge 11 und

14 der beiden Demodulatoren 10, 13 sind mit Eingängen ■ bzw. 16 eines Komparators 17 verbunden, dessen Ausgang 18 mit dem Eingang 19 eines Integrators 20 verbunden ist. Der Ausgang 21 des Integrators ist mit dem Modulations-eingang 7 des Impulsd'auermodulators 6 verbunden.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung verhält sich im Betrieb folgendermaßen: . -

Der Impulsdauermoduiator 6 erzeugt an seinem Ausgang 8 ein Signal, das die gleiche Frequenz wie die Frequenz des vom Taktgenerator .3 abgegebenen Signals hat/ dessen ·

. . - ·.· - " BAD ORIGINAL COPY

Tastverhältnis jedoch der jeweiligen Größe des Modulationssignals am Modulationseingang 7 proportional ist. Das Modulationssignal wird in der Schaltungseinheit 22 erzeugt, die die zwei Demodulatoren 10, 13, den Komparator 17 und den Integrator 20 enthält. Der Demodulator 10 demoduliert das seinem Eingang 9 zugeführte impulsdauermodulierte Signal, das das umzusetzende Signal mit einer ersten Frequenz ist. Der Demodulator 13 demoduliert das vom Impulsdauermodulator 6 abgegebene Signal, das das Signal der gewünschten zweiten Frequenz ist. Die Ausgangssignale der beiden Demodulatoren 10, 13 werden im Komparator 17 verglichen, der an seinem Ausgang ein der Differenz seiner Eingangssignale entsprechendes Signal abgibt. Dieses Signal wird vom Integrator 20 integriert; das integrierte Signal am Ausgang 21 ist das dem Impulsdauermodulator 6 zugeführte Modulationssignal.

Die vom Ausgang 8 über den Demodulator 13, den Komparator .17 und den Integrator 20 zum Modulationseingang 7 führende Verbindung bildet eine Regelschleife, die über den Impulsdauermodulator 6 geschlossen wird und dafür sorgt, daß das Tastverhältnis des am Ausgang 2 erzeugten Signals stets gleich dem Tastverhältnis des dem Eingang 1 zugeführten Signals ist. Die von den Demodulatoren 10, 13 abgegebenen Signale entsprechen den Gleichspannungsmittelwerten der ihren Eingängen 9 bzw. .12 zu-' geführten Signale, und das vom Integrator 20 am Ausgang 21 abgegebene Signal ist das Integral des jeweils vom Komparator abgegebenen Signals. Mittels des Regelkreises wird' erreicht,. daß das dem Impulsdauermodulator- b zugeführte Signal stets .so moduliert wird, daß us nach einer Demodulation im Demodulator 13 den gleichen Gleichspan- " nungsmittelwert wie das im Demodulator 10 demodulierte Eingangssignal ergibt. Dadurch wird gewährleistet, daß das Signal am Ausgang 2 stets das gleiche Tastverhältnis wie das Signal am Eingang 1 hat. - \ ■

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In Fig. 2 ist ein genaues Schaltbild der Schaltungsanordnung von Fig. 1 dargestellt. Für den Aufbau des Taktgenerators 3 wird eine Zeitgeberschaltung des Typs 555 verwendet, die in der Fachliteratur auch als "Timer" bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine integrierte Schaltung mit acht Anschlußstiften (die Nummern der einzelnen Anschlußstifte sind in Fig. 2 jeweils durch in Klammern gesetzte Zahlen angegeben), mit deren Hilfe durch Anschließen äußerer Schaltungselemente verschiedene Funktionen erzielt werden können. Der Aufbau dieses Zeitgebers und Vorschläge für eine äußere Beschaltung zur Erzielung der Taktgeberfunktion und der Impulsdauermodulatorfunktion können dem im Juni 1976 überarbeiteten Datenblatt Nr. DL-S7612053 vom September 1973 der Firma Texas Instruments entnommen werden. Durch eine Beschaltung mit den Widerständen R1, R2, R3 und dem Kondensator C1 in der in Fig. 2 angegebenen Weise arbeitet der Zeitgeber 555 als Taktgenerator. Die Ausgangsfrequenz läßt sich durch eine entsprechende Wahl der Widerstände R2 und R3 sowie des Kondensators C1 festlegen.

Auch der Impulsdauermodulator 6 kann unter Verwendung eines Zeitgebers des Typs 555 aufgebaut werden, wenn .die Widerstände ^%R4, R5 und der Kondensator C2, in der in Fig. angegebenen Weise an ihn angeschlossen werden. Die Versorgungsspannung der Zeitgeber wird jeweils an die mit V -bezeichneten Klemmen angelegt.

Der erste Demodulator, der das umzusetzende impulsdauermodulierte Signal demoduliert, wird von einem Tiefpaß aus einem Widerstand R6 und aus einem Kondensator C3 gebildet. Dieser Tiefpaß demoduliert das dem Eingang 9' der Schal-

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tungseinheit 22 zugeführte Signal, und er legt das demodulierte Signal an den nichtnegierenden Eingang 23 eines Operationsverstärkers 24 an. Zwischen den Ausgang 25 und den negierenden Eingang 26 des Operationsverstärkers 24 ist ein Kondensator C4 geschaltet. Mit dem negierenden Eingang 26 des Operationsverstärkers 24 steht ein Anschluß eines Widerstandes R7 in Verbindung, der zum Eingang 12' der Schaltungseinheit 22 geführt ist, der wiederum mit dem Ausgang 8 des Impulsdauermodulators 6 verbunden ist.

Der Operationsverstärker 24 arbeitet in Fig. 2 wegen der Verwendung des Kondensators C4 in seinem Rückkopplungskreis und der Summenwirkung mit dem Widerstand R7 als Integrator, und durch eine geeignete Dimensionierung des Kondensators C4 und des Widerstandes R7 kann ein Tiefpaßcharakter dieses Integrators erreicht werden, so daß er zusätzlich zur Funktion des Integrators 20 auch noch die Funktion des zweiten Demodulators 13 übernimmt. Dadurch, daß das durch den Widerstand R6 und den Kondensator C3 demodulierte Eingangssignal dem nichtnegierenden Eingang 2 3 des Operationsverstärkers 24 zugeführt wird, übernimmt dieser Operationsverstärker 24 auch die Funktion des Komparators 17. Das an seinem Ausgang 25 abgegebene Signal wird jeweils um das Integral der Differenz der Gleichspannungsmittelwerte der Signale am Ausgang 8 des Impulsdauermodulators 6 und am Eingang 1 verändert. Dieses Signal wird dem Anschlußstift (5) des den Impulsdauermodulator 6 bildenden Zeitgebers 555 zugeführt, der in der in Fig. 2 angegebenen Beschaltung das seinem Anschlußstift (2) zugeführt Signal in Abhängigkeit von dem seinem Anschlußstift (5) zugeführten Signal moduliert. Am Ausgang 2 kann das auf die gewünschte zweite Frequenz unter Aufrechterhaltung des Tastverhältnisses umgesetzte Signal abgenommen werden.

Anstelle der Verwendung von zwei in getrennten Gehäusen mit jeweils acht Anschlußstiften untergebrachten Zeitgebern des Typs 555 zur Bildung des Taktgenerators 3 und des Impulsdauermodulators 6 kann auch ein Doppelzeitgeber des Typs 556 verwendet werden, der in einem gemeinsamen Gehäuse mit vierzehn Anschlußstiften zwei Zeitgeber des Typs 555 vereinigt. Der Platzbedarf der Schaltungsanordnung läßt sich auf diese Weise herabsetzen. Für den Operationsverstärker 24 kann der Verstärker des Typs TL321 der Firma Texas Instruments eingesetzt werden»

Die beschriebene Umsetzerschaltung kann beispielsweise in einer Anordnung eingesetzt werden, mit deren Hilfe bestimmte Körperfunktionen eines Menschen, beispielsweise die Anzahl der Pulsschläge pro Minute«, der Blutdruck und dergleichen, erfaßt und in einem Aufzeichnungsgerät festgehalten werden sollen« Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Anordnung enthält einen Fühler 30, der an einem Menschen befestigt ist und die Anzahl seiner Pulsschläge pro Minute erfaßt. Das Ausgangssignal des Fühlers wird einem Impulsdauermodulator 31 zugeführt, der ein impulsdauermoduliertes Signal abgibt, dessen Tastverhältnis der vom Fühler 30 jeweils gerade erfaßten Pulszahl entspricht. Ein Umsetzer 32, der so aufgebaut ist, wie im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläutert wurde, setzt die Frequenz des ihm aus dem Impulsdauermodulator 31 zugeführten Signals auf eine höhere Frequenz um. über einen Multiplexer 33 wird das Aus» gangssignal des Umsetzers 32 einem Sender 34 zugeführt,. der die ihm zugeführten Signale mittels einer Antenne 35 aussendet. Ein Empfänger 36 empfängt die vom Sender 34 ausgestrahlten Signale mittels einer Antenne 37. Ein an den Empfänger 36 angeschlossenes Aufzeichnungsgerät 38 ermöglicht die Aufzeichnung der empfangenen Signale.

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Ein weiterer Fühler 39, der ebenfalls am Körper des Menschen angebracht ist, dessen Körperfunktionen überwacht werden sollen, erfaßt den Blutdruck, und er gibt an einen Impulsdauermodulator 40 ein dem Blutdruckwert entsprechendes Signal ab. Das vom Impulsdauermodulator 40 abgegebene impulsdauermodulierte Signal, das die Information über den Blutdruckwert enthält, wird in einem weiteren Umsetzer 41 auf einen höheren Frequenzwert umgesetzt und über den Multiplexer 33 ebenfalls dem Sender 34 zugeführt. Nach Empfang durch den Empfänger 36 kann auch das den Blutdruckwert anzeigende Signal im Aufzeichnungsgerät 38 aufgezeichnet werden.

In der gleichen Weise können auch von weiteren Fühlern kommende Signale zum Aufzeichnungsgerät 38 übertragen werden.

In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ermöglichen die Umsetzer 32, 41 eine optimale Anpassung der Frequenz der von den Impulsdauermodulatoren 31, 4 0 abgegebenen Signale an die Ubertragungsmöglichkeiten der nachfolgenden Baueinheiten, also des Multiplexers 33, des Senders 34, des Empfängers 36 und des Aufzeichnungsgeräts 38.

Die Verwendung des Zeitgebers vom Typ 555 zur Bildung des Taktgenerators ist zwar sehr vorteilhaft, doch ist es natürlich auch möglich, je nach den an die Genauigkeit der Taktfrequenz gestellten Anforderungen andere Arten von Taktgeneratoren, beispielsweise einen Quarzgenerator oder einen LC-Generator, zu verwenden.

Claims

PRINZ, ΒΨΝΚΕ 6 Patentanwälte *■·.* Europe's*»* ^eient * «iuf sAays 321663 München Stuttgart TEXAS INSTRUMENTS 4° Mai 1982 DEUTSCHLAND GMBH Haggertystraße 1 Freising Unser Zeichen: T 3487 Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zum Umsetzen eines impulsdauermodulierten Signals mit einer ersten Impulsfolgefrequenz in ein impulsdauermoduliertes Signal mit einer zweiten Impulsfolgefrequenz unter Aufrechterhaltung des Tastverhältnisses, gekennzeichnet durch einen Taktgenerator (3), der ein Signal mit der zweiten Impulsfolgefrequenz erzeugt, einen Impulsdauermodulator (6), der das vom Taktgenerator (3) erzeugte Signal in Abhängigkeit von einem Modulationssignal moduliert, und eine Regelschleife? die den Gleichspannungsmittelwert des vom Impulsdauermodul ator (6) abgegebenen Signals gleich dem Gleichspannungsmittelwert des umzusetzenden impulsdauermodulierten Signals hält.

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsmittelwert des umzusetzenden Signals in einem ersten Demodulator (10) erzeugt wird, und daß die Regelschleife einen zweiten Demodulator (13) für das vom Impulsdauermodulator (6) abgegebene impulsdauermodulierte Signal, einen Komparator (17), der die von den Demodulatoren (10, 13) abgegebenen Signale vergleicht und ein von ihrer Differenz abhängiges Ausgangssignal erzeugt, und einen Integrator (20), der durch Integrieren des Ausgangssignals des Komparators das Modulationssignal erzeugt, enthält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Demodulator (10) für das umzusetzende impulsdauermodulierte Signal ein Tiefpaß ist und daß der zweite Demodulator (13), der Komparator (17) und der Integrator (20) von einem als Integrator mit Tiefpaßverhalten beschalteten Operationsverstärker (24) mit Differenzeingang gebildet sind, an dessen nichtnegierendem Eingang (23) das Signal aus dem ersten Demodulator (10) anliegt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (3) von einem zur Erzielung der Taktgeberfunktion beschalteten Zeitgeber gebildet ist und daß der Impulsdauermodulator (6) von einem zur Erzielung der Modulatorfunktion beschalteten Zeitgeber gebildet ist.

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