DE3525174C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die ein Trägersignal in seiner Frequenz umtastet und bei der dieses zu modulierende Trägersignal einem Eingang einer einen Steuereingang und einen Integrator aufweisenden Modulationsschaltung zugeführt ist.The invention relates to a circuit arrangement, the a carrier signal in its frequency keyed and at the this carrier signal to be modulated an input of a having a control input and an integrator Modulation circuit is supplied.
Zur Übertragung von mehreren Signalen, insbesondere von Digitalsignalen, über einen gemeinsamen Übertragungskanal werden bevorzugt Frequenzmultiplexsysteme eingesetzt. Das für die Übertragung digitaler Signale verwendete Modulationsverfahren der Frequenzumtastung (FSK) beruht darauf, daß je nach logischem Zustand des zu übertragenden Signales, zwischen (mindestens) zwei Ausgangsfrequenzen umgetastet wird.For the transmission of several signals, especially of Digital signals, via a common transmission channel frequency division multiplex systems are preferred. The Modulation methods used for the transmission of digital signals frequency shift keying (FSK) is based on that depending on the logical state of the transmission Signals, between (at least) two output frequencies is keyed.
Eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist aus der DE 24 43 286 A1 bekannt. Bei dieser besteht der Sender aus einem quarzstabilisierten Sendeträger- Oszillator, dem ein Frequenzteiler nachgeschaltet ist. Diesem folgt ein Mischer, an den auch das Ausgangssignal des Oszillators gelangt. Am Ausgang des Mischers sind zwei Bandpässe angeschlossen, die auf zwei unterschiedliche Frequenzen angestimmt sind. Die Ausgangssignale der Bandpässe werden einem Umschalter zugeführt, der von dem zu übertragenden Digitalsignal gesteuert wird. Am Ausgang des Umschalters tritt somit je nach Zustand des Digitalsignales entweder die eine oder die andere Frequenz der Bandpässe auf.An arrangement for performing such a method is known from DE 24 43 286 A1. In this there is the transmitter from a quartz-stabilized transmitter Oscillator, which is followed by a frequency divider. This is followed by a mixer to which the output signal is also sent of the oscillator. At the exit of the mixer two bandpasses connected to two different ones Frequencies are tuned. The output signals of the Bandpasses are fed to a changeover switch that is operated by the digital signal to be transmitted is controlled. At the exit of the switch occurs depending on the state of the digital signal either one or the other frequency of the Bandpasses on.
Weiteres ist in der DE 31 13 800 A1 ein Frequenzmodulator mit einem Phasenmodulator beschrieben. Dabei wird der Trägersignaleingang des Phasenmodulators aus einem Trägersignalgeber und der Modulationssignaleingang von einem Integrator gespeist. Um zu vermeiden, daß das Integratorausgangssignal extrem hohe Werte erreicht, ist ein regelbarer Frequenzteiler in den Trägersignalweg durch den Phasenmodulator aufgenommen. Wenn das Integratorausgangssignal eine erste Schwelle überschreitet, schließt sich ein Schalter, wodurch die Ladung im Integratorkondensator über einen Widerstand reduziert und die vom Phasenmodulator bewirkte Phasenverschiebung geändert wird.Another is a frequency modulator in DE 31 13 800 A1 described with a phase modulator. The Carrier signal input of the phase modulator from one Carrier signal generator and the modulation signal input from fed to an integrator. To avoid that Integrator output signal has reached extremely high values an adjustable frequency divider in the carrier signal path recorded by the phase modulator. If the integrator output signal crosses a first threshold, a switch closes, causing the charge in the integrator capacitor reduced through a resistor and the phase shift caused by the phase modulator changed becomes.
Jedes zu übertragende Signal wird in einer Senderschaltung bestehend aus einem Modulator und nachgeschalteter Filterschaltung umgesetzt. Die Ausgangssignale aller dieser Senderschaltungen werden addiert und über den Übertragungskanal zum Empfänger übertragen.Each signal to be transmitted is in a transmitter circuit consisting of a modulator and a downstream one Filter circuit implemented. The output signals of everyone of these transmitter circuits are added and over the Transmission channel transmitted to the receiver.
Filterschaltungen zur Begrenzung des Spektrums des Ausgangssignales der einzelnen Senderschaltungen sind im allgemeinen notwendig, weil das Spektrum eines frequenzgetakteten Signales theoretisch unendlich breit ist, und daher, um gegenseitige Beeinflussungen benachbarter Kanäle zu verhindern, begrenzt werden muß.Filter circuits to limit the spectrum of the Output signals of the individual transmitter circuits are in generally necessary because the spectrum of a frequency-clocked Theoretically, signals are infinitely wide, and therefore, in order to influence each other neighboring To prevent channels must be limited.
Bei bekannten Systemen dieser Art, besonders zur Übertragung von digitalen Signalen, ist die Sendefrequenz der Senderschaltung (=Kanalfrequenz) durch frequenzbestimmende Bauelemente fest vorgegeben; die maximale Taktrate des zu übertragenden Digitalsignales kann vom Betreiber der Senderschaltung nicht erhöht werden.In known systems of this type, especially for transmission of digital signals, the transmission frequency is the Transmitter circuit (= channel frequency) by frequency determining Fixed components; the maximal Clock rate of the digital signal to be transmitted can be from Operator of the transmitter circuit cannot be increased.
Für den Hersteller von solchen Übertragungssystemen ergab sich dadurch der Nachteil, daß pro Kanalfrequenz und Übertragungsgeschwindigkeit je eine verschiedene Sendertype vorhanden sein müßte. In der Praxis bedeutete das bei einer typischen Anzahl von 24 Kanalfrequenzen bei 50 Band und 5 verschiedenen Taktraten (50, 100, 200, 600 und 1200 Baud), daß insgesamt 46 verschiedene Sendertypen hergestellt und auf Lager gelegt werden müßten. Auch für den Anwender war diese große Typenvielfalt mit Nachteilen verbunden, da bereits bei der Projektierung einer Anlage die endgültige Konfiguration festgelegt werden mußte und im Nachhinein nur sehr schwer veränderbar war. For the manufacturer of such transmission systems revealed thereby the disadvantage that per channel frequency and Transmission speed each a different transmitter type should be present. In practice that meant with a typical number of 24 channel frequencies at 50 Band and 5 different clock rates (50, 100, 200, 600 and 1200 baud) that a total of 46 different transmitter types would have to be manufactured and stored in stock. Also for this large variety of types had disadvantages for users connected, since already when planning a system the final configuration had to be determined and was very difficult to change afterwards.
Eine Vereinfachung bei der Projektierung von derartigen Übertragungssystemen ergab sich daraus, daß sogenannte "frequenzneutrale" Senderschaltungen konstruiert wurden, bei denen der Anwender die Sendefrequenz durch Umlegen von Schalt-Brücken am fertigen Gerät einstellen konnte. Durch die Maßnahme war die Reduktion des Typenspektrums auf eine Type pro Übertragungsgeschwindigkeit, unabhängig von der Kanalfrequenz, möglich. Die Übertragungsgeschwindigkeit selbst ist auch bei diesen Senderschaltungen fest, da die Filterschaltungen nur jeweils für eine bestimmte Übertragungsgeschwindigkeit ausgelegt werden konnten. Die Änderung der Übertragungsgeschwindigkeit ist auch bei diesen Geräten nur durch Austausch der gesamten Senderschaltung oder zumindest eines Teiles davon möglich.A simplification when planning such Transmission systems resulted from the fact that so-called "frequency-neutral" transmitter circuits were constructed, where the user can change the transmission frequency of switching bridges on the finished device. As a result of the measure, the range of types was reduced to one type per transmission speed, independently from the channel frequency. The transmission speed itself is also with these transmitter circuits fixed, since the filter circuits only for designed a certain transmission speed could become. The change in transmission speed is also only with exchange with these devices the entire transmitter circuit or at least a part possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu realisieren, bei welcher die Trägerfrequenz des Sendersignals kontinuierlich und/oder in Stufen einstellbar ist und bei der die Taktrate des zu übertragenden Signals variabel ist.The object of the invention is to provide a circuit arrangement realize at which the carrier frequency of the transmitter signal is continuously and / or adjustable in stages and at which the clock rate of the signal to be transmitted is variable.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Modulationsschaltung zwei Ausgänge aufweist und das Trägersignal so moduliert wird, daß an dem ersten Ausgang ein erstes AusgangssignalThis object is achieved in a circuit arrangement of the type mentioned in the present invention in that the Modulation circuit has two outputs and that Carrier signal is modulated so that at the first output a first output signal
und an den zweiten Ausgang ein zweites Ausgangssignaland to the second output a second output signal
abgegeben wird, wobei ω H eine beliebig wählbare, den Modulationsindex festlegende Hilfskreisfrequenz der Modulationsschaltung (1), U E (t) das zu modulierende Trägersignal und ψ₁, ψ₂ beliebig wählbare, konstante Phasenwinkel sind, wobei giltis given, where ω H is an arbitrary selectable, the modulation index defining auxiliary circuit frequency of the modulation circuit ( 1 ), U E (t) the carrier signal to be modulated and ψ ₁, ψ ₂ are arbitrarily selectable, constant phase angles, whereby applies
und daß an jeden Ausgang der Modulationsschaltung eine Multiplizierschaltung angeschlossen ist, die jeweils das Ausgangssignal der Modulationsschaltung mit einer harmonischen Schwingung einer Kreisfrequenz ω K multipliziert, wobei die hamonische Schwingung der einen Multiplizierschaltung gegenüber der harmonischen Schwingung der anderen Multiplizierschaltung eine konstante Phasenverschiebung aufweist, und daß die Ausgangssignale (K AM 1 bzw. K AM 2 ) der beiden Multiplizierschaltungen (4, 5) den beiden Eingängen (E) einer Summierschaltung (6) zugeführt sind, an deren Ausgangsanschluß (A) das frequenzgetastete Sendersignal abgegeben wird.and that a multiplier circuit is connected to each output of the modulation circuit, which multiplies the output signal of the modulation circuit by a harmonic oscillation of an angular frequency ω K , the harmonic oscillation of one multiplier circuit having a constant phase shift with respect to the harmonic oscillation of the other multiplier circuit, and that Output signals (K AM 1 and K AM 2 ) of the two multiplier circuits ( 4, 5 ) are fed to the two inputs (E) of a summing circuit ( 6 ), at whose output connection (A) the frequency-gated transmitter signal is emitted.
Die Frequenz ω K der harmonischen Schwingungen, mit welchen die Ausgangssignale der Modulationsschaltung in den Multiplizierschaltungen verknüpft werden, gibt die Trägerfrequenz des erzeugten frequenzgetakteten Signals an.The frequency ω K of the harmonic oscillations with which the output signals of the modulation circuit are linked in the multiplier circuits indicates the carrier frequency of the frequency-clocked signal generated.
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, insbesondere der Modulationsschaltung, sind den Unteransprüchen entnehmbar.Refinements of the circuit arrangement according to the invention, especially the modulation circuit Removable subclaims.
Eine dieser Ausgestaltungen besteht darin, daß bei jeder Multiplizierschaltung der jeweils zweite Eingang herausgeführt ist, und daß an jedem dieser Eingänge eine harmonische Schwingung mit der Kreisfrequenz ω K anliegt. Dadurch kann auf besonders einfache Weise eine Variation der Trägerfrequenz erreicht werden.One of these configurations consists of the fact that the second input is led out in each multiplier circuit and that a harmonic oscillation with the angular frequency ω K is present at each of these inputs. In this way, a variation of the carrier frequency can be achieved in a particularly simple manner.
Die harmonische Schwingung wird dabei extern erzeugt. The harmonic vibration is generated externally.
Ein Vorteil der Erfindung besteht weiters darin, daß jede Multiplizierschaltung einen Schwingungsgenerator umfaßt, welcher eine harmonische Schwingung mit der Kreisfrequenz ω K erzeugt.Another advantage of the invention is that each multiplier circuit comprises an oscillation generator which generates a harmonic oscillation with the angular frequency ω K.
Der Modulationsindex des erzeugten frequenzgetakteten Signals, bzw. der Frequenzhub bei digitalen Modulationssignalen wird durch die Hilfskreisfrequenz ω H der Modulationsschaltung bestimmt.The modulation index of the generated frequency-clocked signal, or the frequency swing for digital modulation signals, is determined by the auxiliary circuit frequency ω H of the modulation circuit.
Über den Steuereingang der Modulationsschaltung ist die Hilfskreisfrequenz ω H des Modulators steuerbar, wodurch der Modulationsindex einstellbar ist, und somit in weiten Grenzen beliebige Übertragungsgeschwindigkeiten bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich sind.The auxiliary circuit frequency ω H of the modulator can be controlled via the control input of the modulation circuit, as a result of which the modulation index can be set, and thus any transmission speeds in the circuit arrangement according to the invention are possible within wide limits.
Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigtThe invention is described below with reference to FIG Described drawings. It shows
Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; Fig. 1 is a block diagram showing the circuit arrangement of the invention;
Fig. 2aa-2ac Liniendiagramme der Ausgangssignale der Schaltungsanordnung nach Fig. 1; Fig. 2ac 2aa-line diagrams of the output signals of the circuit of Fig. 1;
Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Modulationsschaltung in Analogtechnik; Fig. 3 shows a possible embodiment of a modulation circuit according to the invention in analog technology;
Fig. 4 Liniendiagramme der Ein- und Ausgangssignale der Schaltung nach Fig. 3; Fig. 4 line diagrams of the input and output signals of the circuit of Fig. 3;
Fig. 5a, b digitale Realisierungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 5a, b digital realizations of the inventive circuit arrangement and
Fig. 6 den Zeitaufwand zweier interner Signale und der Ausgangssignale der Schaltung nach Fig. 5a. Fig. 6 shows the time of two internal signals and the output signals of the circuit of FIG. 5a.
Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche ein Trägersignal in seiner Frequenz umtastet. Fig. 1 shows the block diagram of the circuit arrangement according to the invention, which keyed the frequency of a carrier signal.
Das zu übertragende Signal U E wird an einen Eingang E einer Modulationsschaltung 1 geführt, welche zwei Ausgangssignale U A 1 und U A 2 erzeugt. Über einen weiteren Eingang S₁ der Modulationsschaltung kann der Frequenzhub des in der Schaltung erzeugten frequenzgetakteten Sendersignals eingestellt werden. Der Steuereingang S₁ kann entfallen, wenn der Frequenzhub des Sendersignales nicht veränderbar sein muß.The signal to be transmitted U E is fed to an input E of a modulation circuit 1, two output signals U A 1 and A 2 U generated. The frequency deviation of the frequency-clocked transmitter signal generated in the circuit can be set via a further input S 1 of the modulation circuit. The control input S ₁ can be omitted if the frequency swing of the transmitter signal need not be changeable.
Jeder Ausgang A₁ bzw. A₂ der Modulationsschaltung 1 ist jeweils über eine Filterschaltung 2 bzw. 3 an den Eingang einer Multiplizierschaltung 4 bzw. 5 geführt. Die gleichartigen Tiefpaßfilterschaltungen 2, 3 dienen zur Begrenzung des Spektrums des frequenzgetakteten Signals und sind i.a. nur notwendig, um Vorschriften der Fernmeldebehörden zu erfüllen; kommen derartige Vorschriften bezüglich der maximalen spektralen Breite des Sendesignales nicht zur Anwendung, oder wenn das Eingangssignal U E gewisse Kriterien erfüllt, so können die Filterschaltungen 2, 3 entfallen.Each output A ₁ or A ₂ of the modulation circuit 1 is in each case via a filter circuit 2 or 3 to the input of a multiplier circuit 4 or 5 . The low-pass filter circuits 2, 3 of the same type serve to limit the spectrum of the frequency-clocked signal and are generally only necessary to comply with regulations of the telecommunications authorities; If such regulations regarding the maximum spectral width of the transmission signal do not apply, or if the input signal U E fulfills certain criteria, the filter circuits 2, 3 can be omitted.
In der Multiplizierschaltung 4 bzw. 5 wird das Produkt aus dem jeweiligen Eingangssignal der Multiplizierschaltung und je einer zu der der anderen Multiplizierschaltung phasenverschobenen, jedoch gleichfrequenten harmonischen Schwingungen gebildet das jeweilige Produktsignal liegt am Ausgang A M 1 bzw. A M 2 an. Die harmonische Schwingung kann dabei entweder in der Multiplizierschaltung 4 bzw. 5 selbst erzeugt werden, wobei gegebenenfalls über jeweils einen Steuereingang S M 1 bzw. S M 2 die Frequenz der Schwingung eingestellt werden kann, oder sie kann extern in einem gemeinsamen, wiederum steuerbaren Generator erzeugt und über eine nachgeschaltete Phasensplitterschaltung über den Steuereingang S M 1 bzw. S M 2 an die Multiplizierschaltung 4 bzw. 5 geführt sein.In the multiplication circuit 4 or 5 , the product of the respective input signal of the multiplication circuit and one harmonic oscillations which are out of phase with the other multiplication circuit, but have the same frequency, are formed. The respective product signal is present at the output A M 1 or A M 2 . The harmonic oscillation can either be generated in the multiplier circuit 4 or 5 itself, the frequency of the oscillation optionally being set via a control input S M 1 or S M 2 , or it can be set externally in a common, again controllable generator generated and be guided to the multiplier 4 or 5 via a downstream phase splitter circuit via the control input S M 1 or S M 2 .
Die beiden Ausgänge A M 1, A M 2 der Multiplizierschaltungen 4, 5 werden an die Eingänge einer Summierschaltung 6 geführt und dort zum Ausgangssignal der Schaltungsanordnung U A additiv verknüpft, welches am Ausgang A der Summierschaltung 6 anliegt.The two outputs A M 1 , A M 2 of the multiplier circuits 4, 5 are fed to the inputs of a summing circuit 6 and there are additively linked to the output signal of the circuit arrangement U A , which is present at the output A of the summing circuit 6 .
Im folgenden soll zuerst die Gesamtfunktion der Schaltungsanordnung anhand des Blockschaltbildes in Fig. 1 beschrieben werden.In the following, the overall function of the circuit arrangement will first be described using the block diagram in FIG. 1.
Das Eingangssignal U E soll allgemein durch die Zeitfunktion U E(t) beschrieben sein. Für die Übertragung von digitalen Signalen kann die Eingangsfunktion U E, je nach dem Logikzustand mit U E = 1 oder U E = -1 angenommen werden.The input signal U E should generally be described by the time function U E (t). For the transmission of digital signals, the input function U E , depending on the logic state, can be assumed to be U E = 1 or U E = -1.
In der Modulationsschaltung 1 werden zwei Ausgangssignale U A 1, U A 2 erzeugt, die den GleichungenIn the modulation circuit 1 , two output signals U A 1 , U A 2 are generated, which correspond to the equations
Dabei ist ω H eine beliebig wählbare, konstante Hilfskreisfrequenz, welche den Modulationsindex η des frequenzgetakteten Signals, bzw. im Falle von digitalen Eingangssignalen U E, den Frequenzhub der erzeugten FSK- Signals angibt. Here, ω H is an arbitrarily selectable, constant auxiliary circuit frequency, which indicates the modulation index η of the frequency-clocked signal, or in the case of digital input signals U E , the frequency deviation of the generated FSK signal.
Die beiden Phasenwinkel ψ₁, ψ₂ sind prinzipiell frei wählbar, solange sie sich nicht um ganzzahlige Vielfache von π voneinander unterscheiden. Vereinfachend werden für die folgende Beschreibung die beiden Phasenwinkel mit ψ₁ = 0 und ψ₂ = π/2 angenommen.In principle, the two phase angles ψ ₁, ψ ₂ can be freely selected as long as they do not differ from one another by integer multiples of π . For simplification, the two phase angles with ψ ₁ = 0 and ψ ₂ = π / 2 are assumed for the following description.
Damit berechnen sich die Ausgangssignale der Modulationsschaltung 1 zuThe output signals of the modulation circuit 1 are thus calculated
Wird für die nachfolgende Betrachtung der Einfluß der Tiefpaßfilterschaltung 2, 3 vernachlässigt, so liegen diese Signale an den Eingängen der Multiplizierschaltung 3, 4 an. An deren Ausgängen werden die Signale U AM 1 und U AM 2 abgegeben.If the influence of the low-pass filter circuit 2, 3 is neglected for the following consideration, these signals are present at the inputs of the multiplier circuit 3, 4 . The signals U AM 1 and U AM 2 are emitted at their outputs.
Damit ergibt sich das Ausgangssignal des Summierers 6 zu:The output signal of summer 6 thus results in:
In obiger Gleichung kann U E jede beliebige Abhängigkeit von t haben. Nachstehend werden die in der erfindungsgemäßen Schaltung bevorzugt auftretenden konstanten Logikzustände U E = +1 und U E = -1 eingesetzt.In the above equation, U E can have any dependence on t . The constant logic states U E = +1 and U E = -1 that preferably occur in the circuit according to the invention are used below.
Bei U E = +1 für t größer t₀ wird U A(t) = sin · [( ω k + ω H ) · t + ψ₀].
- With U E = +1 for t greater than t U U A (t) = sin · [ ( ω k + ω H ) · t + ψ ₀].
-
Bei U E = -1 für t größer t₀ wird U A(t) = sin · [( ω k - ω H ) · t + c₀].
-With U E = -1 for t greater than t ₀ U A (t) = sin · [ ( ω k - ω H ) · t + c ₀].
-
Anhand obiger Gleichungen ist zu erkennen, daß es sich bei der Ausgangsspannung U A um ein frequenzgetaktetes Signal handelt. Die Mittenfrequenz des Signals (=Kanalfrequenz) wird durch die Frequenz der im Multiplizierer 4 bzw. 5 verwendeten harmonischen Schwingung mit der gegebenenfalls über die Steuereingänge S M 1, S M 2 veränderlichen Kreisfrequenz ω K bestimmt. Der symmetrische Frequenzhub wird durch die im Modulator verwendete und gegebenenfalls über den Steuereingang S₁ veränderbare Kreisfrequenz ω H bestimmt. In der Modulationsschaltung 1 wird durch die Eingangsspannung U E = +/-1 der Frequenzhub +/-l H um die Mittenfrequenz ω K = 0 erzeugt. Bei dieser Umschaltung zwischen +ω H und -l H entstehen im Signalverlauf der Ausgangssignale U A 1 und U A 2 der Modulationsschaltung 1 zwar Unstetigkeiten aber keine Sprünge.It can be seen from the above equations that the output voltage U A is a frequency-clocked signal. The center frequency of the signal (= channel frequency) is determined by the frequency of the harmonic oscillation used in the multiplier 4 or 5 with the angular frequency ω K which may be variable via the control inputs S M 1 , S M 2 . The symmetrical frequency deviation is determined by the angular frequency ω H used in the modulator and possibly changeable via the control input S ₁. In the modulation circuit 1 1 of the frequency deviation +/- l H is generated around the center frequency ω K = 0 by the input voltage U E = +/-. With this switchover between + ω H and - l H there are discontinuities in the signal curve of the output signals U A 1 and U A 2 of the modulation circuit 1 , but no jumps.
Um die Vorgänge in der Modulationsschaltung 1 und der gesamten Schaltung besser verständlich zu machen, werden in den Fig. 2aa bis 2ac die Liniendiagramme der Ausgangssignale U A 1 und U A 2 der Modulationsschaltung 1 für die Schaltzeitpunkte π, 7 π/4 und 5 π/4 gezeigt.In order to make the processes in the modulation circuit 1 and the entire circuit easier to understand, the line diagrams of the output signals U A 1 and U A 2 of the modulation circuit 1 for the switching times π , 7 π / 4 and 5 π are shown in FIGS . 2aa to 2ac / 4 shown.
Entsprechend der Phasenlage nach diesen Umschaltzeitpunkten von U E = +1 auf U E = -1 ergibt sich entsprechend der oben angeführten Gleichung jeweils folgende Ausgangsspannung:Depending on the phase position after these switching times from U E = +1 to U E = -1, the following output voltage results in accordance with the equation given above:
Beispiel 1 (Fig. 2aa): U E von +1 auf -1 nach π Example 1 ( Fig. 2aa): U E from +1 to -1 according to π
für U E = +1:
U A(t) = sin ω K t · cos ω H t + cos ω K t · sin ω H t = sin ( ω K + -ω H ) · t for U E = +1:
U A (t) = sin ω K tcos ω H t + cos ω K tsin ω H t = sin ( ω K + - ω H ) t
für U E = -1:
U A(t) = sin ω K t · cos ω H t - cos ω K t · sin ω H t = sin ( ω K - -ω H ) · t for U E = -1:
U A (t) = sin ω K tcos ω H t - cos ω K tsin ω H t = sin ( ω K - - ω H ) t
Beispiel 2 (Fig. 2ab): U E von +1 auf -1 nach 7 π/4Example 2 ( Fig. 2ab): U E from +1 to -1 after 7 π / 4
für U E = +1:
U A(t) = sin l K t · cos ω H t + cos ω K t · sin ω H t = sin ( ω K + -ω H ) · t for U E = +1:
U A (t) = sin l K t · cos ω H t + cos ω K t · sin ω H t = sin ( ω K + - ω H ) · t
für U E = -1:
U A(t) = -cos ω K t · cos ω H t - sin ω K t · sin ω H t = -cos · ( ω K - - ω₀) · t for U E = -1:
U A (t) = -cos ω K t · cos ω H t - sin ω t ⋅ sin ω K H · t = cos (ω K - - ω ₀) · t
Beispiel 3 (Fig. 2ac): U E von +1 auf -1 nach 5 π/4Example 3 (Figure 2a-c.): U E from +1 to -1 after 5 π / 4
für U E = -1:
U A(t) = sin l K t · cos ω H t + cos ω K t · sin ω H t = sin · ( ω K -+ ω H ) · t for U E = -1:
U A (t) = sin l K t · cos ω H t + cos ω K t · sin ω H t = sin · ( ω K - + ω H ) · t
für U E = -1:
U A(t) = sin ω K t · sin ω H t - cos ω K t · cos l H t = cos ( ω K - -ω H ) · t.for U E = -1:
U A (t) = sin ω K t · sin ω H t - cos ω t ⋅ cos K l H t = cos (ω K - - ω H) · t.
Es soll hier angeführt werden, daß die erfindungsgemäße Schaltung nicht auf Modulationsschaltungen beschränkt ist, deren Ausgangssignale U A 1 und U A 2 90° Phasenverschiebung zueinander aufweisen; auch von 90° abweichende, jedoch konstante Phasenverschiebungen der beiden Signale sind möglich. Ebenso ist die Phasendifferenz der harmonischen Schwingungen, mit denen die Signale U A 1 bzw. U A 2 in den Multiplizierschaltungen 4 bzw. 5 verknüpft werden nicht auf den Wert 90° eingeschränkt. Dieser Wert führt jedoch zu einer besonders anschaulichen mathematischen Beschreibung der Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. It should be mentioned here that the circuit according to the invention is not limited to modulation circuits whose output signals U A 1 and U A 2 have a 90 ° phase shift with respect to one another; phase shifts of the two signals that deviate from 90 ° but are constant are also possible. Likewise, the phase difference of the harmonic oscillations with which the signals U A 1 and U A 2 in the multiplier circuits 4 and 5 are linked is not restricted to the value 90 °. However, this value leads to a particularly descriptive mathematical description of the function of the circuit arrangement according to the invention.
Die Fig. 3 zeigt das detaillierte Blockschaltbild einer möglichen Realisierung der Modulationsschaltung in Analogtechnik. Fig. 3 shows the detailed block diagram of a possible implementation of the modulation circuit in analog technology.
Das Eingangssignal U E wird an den Integrationseingang eines Integrators 7 und an einen Vorzeicheneingang eines Komparators 8 geführt. An zwei weiteren Eingängen des Komparators liegen zwei feste Werte U K + und U K - an, die die Grenzen des Integrationsbereichs des Integrators angeben. Der Ausgang des Integrators ist an den Vergleichseingang des Komparators geführt, der Ausgang des Komparators ist mit dem Rückstelleingang des Integrators verbunden. An den Ausgang des Integrators sind weiters die Eingänge zweier Funktionsgeneratoren 9, 10 angeschlossen, deren Ausgänge die Ausgangssignale U A 1 und U A 2 liefern.The input signal U E is fed to the integration input of an integrator 7 and to a sign input of a comparator 8 . At two further inputs of the comparator there are two fixed values U K + and U K - which indicate the limits of the integration range of the integrator. The output of the integrator is connected to the comparison input of the comparator, the output of the comparator is connected to the reset input of the integrator. The inputs of two function generators 9, 10 , whose outputs deliver the output signals U A 1 and U A 2 , are also connected to the output of the integrator.
Die Fig. 4a zeigt einen typsichen Zeitverlauf eines digitalen Eingangssignales U E; Fig. 4b zeigt das Ausgangssignal U I des Integrators 7 und Fig. 4c bzw. Fig. 4d stellen die entsprechenden Ausgangssignale der Funktionsgeneratoren 9, 10 dar. Figs. 4a shows a typical time course Sichen a digital input signal U E; FIG. 4b shows the output signal U I of the integrator 7 and Fig. 4c and Fig. 4d, the respective outputs of the function generators 9, 10 is.
Im folgenden wird anhand von Fig. 3 und Fig. 4 die grundsätzliche Funktion der Modulationsschaltung beschrieben: .. Below with reference to Figures 3 and 4, the basic function of the modulation circuit will be described:
Das Eingangssignal UE (Eingangsdaten) wird dem Integrator 7 und als Vorzeichenerkennungssignal dem Komparator 8 zugeführt. Die Integrationsrichtung wird durch das Vorzeichen der Eingangsspannung festgelegt. Die Grenzen für die Ausgangsspannung des Integrators 7 werden durch die am Komparator 8 fest anliegenden Spannungen U K + und U K - vorgegeben. Bei positiver Eingangsspannung U E wird von U K + bis U K - integriert, bei negativer Eingangsspannung wird von U K - bis U K + integriert (Fig. 4a, b). The input signal UE (input data) is fed to the integrator 7 and as a sign recognition signal to the comparator 8 . The direction of integration is determined by the sign of the input voltage. The limits for the output voltage of the integrator 7 are predetermined by the voltages U K + and U K - which are permanently applied to the comparator 8 . With a positive input voltage U E is integrated from U K + to U K - , with a negative input voltage from U K - to U K + ( Fig. 4a, b).
Die Eingangsspannung U E, die Zeitkonstante des Integrators 7 und die Grenzen des Integrationsbereiches U K + und U K - werden so abgestimmt, daß die gewünschte Periodendauer 2 π/ω H der vom Integrator abgegebenen Sägezahnspannung U I erreicht wird.The input voltage U E , the time constant of the integrator 7 and the limits of the integration range U K + and U K - are adjusted so that the desired period 2 π / ω H of the sawtooth voltage U I output by the integrator is achieved.
Die periodische Sägezahnspannung U I wird vorzugsweise zwei Funktionsgeneratoren zugeführt, welche die periodische Sägezahnspannung U I in periodische Ausgangsspannung U A 1, U A 2 mit gleicher Periodendauer wie U I umwandeln und U A 2 phasenverschoben ist. Vorzugsweise wird, wie in Fig. 4c und Fig. 4d dargestellt, die Spannung U I in einem Funktionsgenerator 9 (10) in eine Sinusspannung U A 1 und in einem anderen Funktionsgenerator 10 (9) in eine Cosinusspannung U A 2 umgewandelt.The periodic sawtooth voltage U I is preferably fed to two function generators which convert the periodic sawtooth voltage U I into periodic output voltage U A 1 , U A 2 with the same period as U I and U A 2 is out of phase. Preferably, as shown in Fig. 4c and Fig. 4d, the voltage U I in a function generator 9 (10) in a sinusoidal voltage U A 1 and in another function generator 10 (9) into a cosine voltage U A 2 converted.
Die Fig. 5a zeigt eine mögliche Realisierung der Modulationsschaltung in Digitaltechnik.The Fig. 5a shows a possible implementation of the modulation circuit in digital technology.
Das (digitale) Eingangssignal U E wird an den Zählrichtungseingang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 11 angelegt; am Takteingang des Zählers liegt ein Taktsignal S 1 an, das entweder in einem internen Taktgenerator 12 erzeugt wird, oder extern erzeugt und über den Steuereingang S 1 zugeführt wird.The (digital) input signal U E is applied to the count direction input of an up-down counter 11 ; a clock signal S 1 is present at the clock input of the counter, which is either generated in an internal clock generator 12 or generated externally and supplied via the control input S 1 .
Die parallelen Ausgangsleitungen des Zählers 11 bilden den Datenbus B 1 der an den Adreßeingängen eines ersten Analog-Multiplexers 13 anliegt und über eine Addierschaltung 15 an die Adreßeingänge eines zweiten Analogmultiplexers 14 geführt ist. In der Addierschaltung 15 wird zu dem jeweiligen Digitalwort auf dem Bus B 1 ein fester Wert, der von dem Kodierschalter 18 erzeugt wird und an den zweiten Eingängen der Addierschaltung 15 anliegt, addiert. The parallel output lines of the counter 11 form the data bus B 1, which is connected to the address inputs of a first analog multiplexer 13 and is led via an adder circuit 15 to the address inputs of a second analog multiplexer 14 . In the adder circuit 15 , a fixed value, which is generated by the coding switch 18 and is present at the second inputs of the adder circuit 15, is added to the respective digital word on the bus B 1 .
Jeder der Analogeingänge des einen Multiplexers ist mit dem entsprechenden Eingang des anderen Multiplexers paarweise verbunden und an einen Abgriff einer Widerstands- Spannungsteilerkette 17 geführt, welche von einer Spannungsquelle 16 gespeist wird.Each of the analog inputs of one multiplexer is connected in pairs to the corresponding input of the other multiplexer and is led to a tap of a resistance voltage divider chain 17 , which is fed by a voltage source 16 .
Im folgenden wird anhand von Fig. 5a und Fig. 6 die Funktion der Modulationsschaltung in digitaler Ausführung beschrieben.In the following, 5a and 6, the function of the modulation circuit is described in a digital embodiment with reference to FIG...
Der Zähler 11 zählt in Abhängigkeit von der Polarität der Eingangsspannung U E aufwärts oder abwärts und erfüllt somit die Funktion eines Integrators. Die Integrationszeitkonstante kann mit der Taktfrequenz des Taktgebers 12 festgelegt werden.The counter 11 counts up or down depending on the polarity of the input voltage U E and thus fulfills the function of an integrator. The integration time constant can be set with the clock frequency of the clock generator 12 .
Durch das Überlaufen des Zählers nach der Periodendauer 2 π/ω H wird in einfacher Weise im Datenbus B 1 eine quasi- Sägezahn-Funktion erreicht, weil nach der Binärzahl 1111 der Zähler wieder mit der Binärzahl 0000 zu zählen beginnt. Funktionell entspricht die Signalfolge am Datenbus B 1 dem Signal U I in Fig. 4b.By overflowing the counter after the period 2 π / ω H , a quasi sawtooth function is achieved in a simple manner in the data bus B 1 , because after the binary number 1111 the counter starts counting again with the binary number 0000. Functionally, the signal sequence on data bus B 1 corresponds to signal U I in FIG. 4b.
Das Datenbussignal B 1 wird einerseits einem Multiplexer 13 und andererseits einem Addierer 15 zugeführt. Der Multiplexer 13 wandelt dieses Signal in bekannter Weise in eine periodische Ausgangsspannung U A 1 um, welche vorzugsweise als Sinusspannung mit der Periodendauer 2 π/ω H ausgebildet wird.The data bus signal B 1 is supplied on the one hand to a multiplexer 13 and on the other hand to an adder 15 . The multiplexer 13 converts this signal in a known manner into a periodic output voltage U A 1 , which is preferably designed as a sinusoidal voltage with the period 2π / ω H.
Um am Ausgang des zweiten Multiplexers 14 eine zu U A 1 phasenverschobene Spannung U A 2 zu erreichen, wird am Eingang des Multiplexers 14 über den Datenbus B 2 ein Zahlenwert eingegeben, der sich von dem Zahlenwert des Datenbus B 1 um jenen Wert unterscheidet, der die gewünschte Phasenverschiebung bewirkt. In einfacher Weise wird dies dadurch erreicht, daß zu dem Wert in B 1 mit dem Addierer 15 jene gewünschte Zahl addiert wird, die durch den Kodierschalter 18 vorgegeben wird.In order to achieve a voltage U A 2 phase-shifted to U A 1 at the output of the second multiplexer 14, a numerical value is entered at the input of the multiplexer 14 via the data bus B 2 , which differs from the numerical value of the data bus B 1 by the value that causes the desired phase shift. In a simple manner it is achieved that those desired number is added to the value in B 1 with the adder 15, which is set by the coding 18th
In Fig. 6 ist dargestellt, wie entsprechend den Datenbussignalen B 1 und B 2 die quasi-Sinusspannung an U A 1 bzw. die quasi-Cosinusspannung an U A 2 treppenförmig gebildet wird. Es ist weiters erkennbar, daß der Phasenverschiebung zwischen U A 1 und U A 2 eine Zahlenwertdifferenz von binär 0100 zwischen B 1 und B 2 entspricht.In FIG. 6, it is shown how in accordance with the data bus signals B 1 and B is formed step-shaped, the quasi-sinusoidal voltage to U A 1 and the quasi-cosine of U A 2 2. It can also be seen that the phase shift between U A 1 and U A 2 corresponds to a numerical value difference of binary 0100 between B 1 and B 2 .
Auch ist in Fig. 6 ähnlich wie in Fig. 4c und 4d dargestellt, wie die Ausgangsspannungen U A 1 und U A 2 verlaufen wenn zum Zeitpunkt 2 π/ω H , das Eingangssignal U E von +1 auf -1 wechselt.6 is also shown in Fig. Similar to Fig. 4c and 4d shows how the output voltages U A U A 1 and 2 run at the time when 2 π / ω H, the input signal U E of +1 changes to -1.
Bis zum Zeitpunkt 2 π/l H zählt der Zähler 11 in Aufwärtsrichtung und am Ausgang U A 1 entsteht eine quasi-Sinusspannung. Ab dem Zeitpunkt 2 π/l H zählt der Zähler 11 in Abwärtsrichtung und am Ausgang U A 1 entsteht eine quasi- minus-Sinusspannung.Up to the point in time 2π / 1 H, the counter 11 counts in the upward direction and a quasi-sine voltage arises at the output U A 1 . From the time π 2 / l H counts of the counter 11 in a downward direction and at the output U A 1 produces a quasi-minus-sine wave voltage.
Dabei ist die in Fig. 5a gezeigte Schaltung nur beispielhaft. Das gleiche Prinzip kann in digitaler Technik auch anders gelöst werden. Z. B. können entsprechend der Fig. 5b an Stelle der beiden Multiplexer 13 und 14 Digital-Analogwandler 20, 21 eingesetzt werden, welche über vorgeschaltete, in einem Speicher abgelegte Konversionstabellen 18, 19 das Datenbussignal B 1 in das gewünschte Ausgangssignal U A 1 bzw.U A 2 umformen.The circuit shown in FIG. 5a is only an example. The same principle can also be solved differently in digital technology. For example, according to FIG. 5b, instead of the two multiplexers 13 and 14, digital-to-analog converters 20, 21 can be used, which convert the data bus signal B 1 into the desired output signal U A 1 or U via upstream conversion tables 18, 19 stored in a memory Form A 2 .
Er kann sowohl die Grundschaltung nach Fig. 1, die Modulationsschaltung nach Fig. 3 als auch die digitale Modulationsschaltung nach Fig. 5a bzw. b als Grundlage für die Programmierung eines Mikroprozessors herangezogen und somit eine Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Mikroprozessortechnik erreicht werden.It can be used the basic circuit of FIG. 1, the modulation circuit of Fig. 3 and the digital modulation circuit according to Fig. 5a and b used as a basis for the programming of a microprocessor, and thus realization of the circuit arrangement according to the invention be accomplished in microprocessor technology.
Claims (8)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19826253A1 (en) * | 1998-06-15 | 1999-12-16 | Abb Patent Gmbh | Method for bandwidth-efficient multi-frequency data transmission |
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1985
- 1985-07-15 DE DE19853525174 patent/DE3525174A1/en active Granted
- 1985-07-24 CH CH320785A patent/CH669488A5/de not_active IP Right Cessation
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DE3525174A1 (en) | 1986-03-27 |
ATA240884A (en) | 1988-07-15 |
CH669488A5 (en) | 1989-03-15 |
AT387679B (en) | 1989-02-27 |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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