DE4020977A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung eines symmetrischen impulssignals - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 01 55 041 A2 ist eine Frequenzverdopplerschaltung bekannt, die ein Impulssignal mit einem Tastverhältnis von 50% erzeugt. Bei dieser bekannten Frequenzverdopplerschaltung wird ein Eingangssignal einmal direkt und ein anderes Mal verzögert den Eingängen eines EXOR′s zugeführt. An dem Ausgang des EXOR′s ist ein Impulssignal doppelter Frequenz abnehmbar. Das Tastverhältnis des erhaltenen Impulssignals wird im wesentlichen durch die Verzögerungszeit eines Verzögerungselement bestimmt. Das durch die Exklusiv-Oder-Verknüpfung erhaltene Impulssignal wird nachfolgend in ein rampenförmiges Signal umgeformt und dem einen Eingang eines Komparators zugeführt. An einem anderen Eingang des Komparators liegt eine Spannung, die durch Integration eines von dem Komparator abgegebenen Ausgangsimpulssignals abgeleitet wird. Die bekannte Frequenzverdopplerschaltung kann jedoch einem in der Impulsfolgefrequenz schwankenden Eingangsimpulssignal nur innerhalb eines kleinen Schwankungsbereichs folgen. Bei einem größeren Schwankungsbereich bleibt das angestrebte Tastverhältnis des Ausgangsimpulssignals von 50% nicht konstant. Außerdem ist diese bekannte Schaltung nur geeignet, relativ niederfrequente Eingangsimpulssignale zu verarbeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung nach der eingangs genannten Art anzugeben, welche die variable Impulsfolgefrequenz eines anliegenden Impulssignals über einen großen Frequenzbereich mit konstantem Tastverhältnis von 50% verdoppelt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß das Tastverhältnis des frequenzverdoppelten Ausgangsimpulssignals auch bei Änderung der Impulsfolgefrequenz des Eingangsimpulssignals von größer 30% konstant bleibt. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung abgleichfrei und geeignet, hochfrequente Signale, wie beispielsweise farbträgerfrequente Signale mit einer Frequenz von 4,43 MHz, zu verdoppeln.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem monostabilen Multivibrator in ECL-Technik,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem monostabilen Multivibrator in TTL/CMOS-Technik und

Fig. 3 Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird über eine Klemme 1 ein Eingangsimpulssignal U_in, welches ECL-Pegel (Emitter Coupled Logic) aufweist, einem monostabilen Multivibrator 2 z. B. des Typs MC10198 des Herstellers Motorola zugeführt. Der in ECL-Technik ausgeführte monostabile Multivibrator 2 verfügt über zwei Steuereingänge 3 und 4, die an einem Potential VEE angeschlossen sind, so daß bei jedem Flankenwechsel des anliegenden Eingangsimpulssignals U_in der monostabile Multivibrator 2 getriggert wird. Die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators 2 wird von einem an den Potentialen VEE angeschlossenen Widerstand 5 und einem an einem Massepotential angeschlossenen Kondensator 6 vorgegeben. Mit einer einem Eingang 7 zugeführten Spannung läßt sich die vorgegebene Zeitkonstante innerhalb bestimmter Grenzen variieren. An einem nichtinvertierenden Ausgang 8, der über einen Ausgangswiderstand 9 an dem Potential VEE liegt, und an einem invertierenden Ausgang 10, der über einen Ausgangswiderstand 11 an dem Potential VEE liegt, sind an Ausgangsklemmen 12 und 13 zwei zueinander inverse Ausgangsimpulssignale U1 und U2 abnehmbar, die ECL-Pegel aufweisen.

Das invertierte Ausgangssignal U2 wird über einen Tiefpaß 14 zu dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 15 weitergeleitet. Der Operationsverstärker 15 ist durch eine äußere Beschaltung mit einem Kondensator 16 zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang und einem Widerstand 17 in der Zuleitung des invertierenden Eingangs als Differenzintegrator wirksam. Das nichtinvertierte Ausgangsimpulssignal U1 liegt über einen Tiefpaß 18 an dem Widerstand 17. Der Ausgang des Operationsverstärkers 15 ist über einen Widerstand 19 mit dem zuvor erwähnten Eingang 7 des monostabilen Multivibrators 2 verbunden.

Die elektrische Funktion der in der Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird nachfolgend mit den in der Fig. 3 dargestellten Spannungszeitdiagrammen erläutert. Es sei angenommen, daß an der Klemme 1 ein Eingangsimpulssignal liegt, das den in der Fig. 3a angegebenen symmetrischen Verlauf aufweist. Ferner sei angenommen, daß die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators 2 so gewählt ist, daß sie etwa einem Viertel einer Impulsperiode T des anliegenden Eingangsimpulssignals entspricht. Bei jedem Flankenwechsel kippt der monostabile Multivibrator 2 für die Dauer von T/4 in einen metastabilen Zustand und kippt nach Ablauf dieser Zeit in einen Ruhezustand zurück. An den Ausgängen 8 und 10 des monostabilen Multivibrators 2 sind somit Ausgangsimpulssignale U1 und U2 abnehmbar, die den in den Fig. 3b und c angegebenen mäanderförmigen Verlauf einnehmen. Durch die nachfolgende Tiefpaßfilterung mit den Tiefpässen 14 und 18, deren Eckfrequenz sehr klein gegenüber der höchsten Impulsfolgefrequenz des Ausgangsimpulssignals U1 bzw. U2 ist, ergeben sich zwei Mittelwertspannungen U3 und U4. Im vorliegenden Fall werden die Mittelwertspannungen U3 und U4 gleich, da das Tastverhältnis in den Ausgangsimpulssignalen 50% beträgt. Am Ausgang des Differenzintegrators 15, 16 und 17 liegt somit eine konstante Spannung U5. Der Verlauf der Spannung U5 ist in der Fig. 3f als Vollinie dargestellt. Aufgrund des vorliegenden Spannungswertes der Spannung U5 wird die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators 2 nicht verändert.

Im Fall, daß die durch den Widerstand 5 und den Kondensator 6 vorgegebene Zeitkonstante durch eine Änderung der Impulsfolgefrequenz des an der Klemmen 1 liegenden Eingangsimpulssignals nicht einem Viertel der Impulsperiode T entspricht, weichen die Mittelwerte der beiden Spannungen U3 und U4 voneinander ab. Die Spannungszeitdiagramme in den Fig. 3d und 3e verdeutlichen diesen Sachverhalt. Die auf eine bestimmte Nenn-Impulsfolgefrequenz abgestellte Zeitkonstante ist hier kleiner als eine Viertel Impulsperiode T. Ausgangsimpulssignale U1′ und U2′ weisen zwar gegenüber dem Eingangsimpulssignal die doppelte Impulsfolgefrequenz auf, das gewünschte Tastverhältnis von 50% liegt jedoch nicht vor. Eine Tiefpaßfilterung der Signale U1′ und U2′ führt zu einer entsprechenden Pegeländerung der Spannungen U3′ und U4′, so daß sich der in der Fig. 3f strichpunktiert dargestellte Verlauf der Spannung U5′ am Ausgang des Differenzintegrators 15, 16 und 17 ergibt. Die Pegeländerung bewirkt eine Änderung der vorgegebenen Zeitkonstante und damit eine Korrektur des Tastverhältnisses in Richtung des gewünschten Tastverhältnisses von 50%.

Durch die symmetrische Auswertung der invertiert vorliegenden Ausgangsimpulssignale U1 und U2 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sehr betriebssicher. Mögliche Ribble auf den tiefpaßgefilterten Signalen U3 und U4 werden durch den nachgeschalteten Differenzintegrator 15, 16 und 17 vollständig kompensiert. Zeitliche Jitter in den Ausgangsimpulssignalen U1 und U2 werden vermieden.

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt die Fig. 2. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Anstelle eines monostabilen Multivibrators 2 in ECL-Technik weist diese Ausführungsform einen monostabilen Multivibrator 20 in CMOS-Technik (z. B. Typ HC4538 des Herstellers Texas Instruments) auf. Da dieser CMOS-Multivibrator nicht gleichzeitig durch positive und negative Flanken eines anliegenden Eingangsimpulssignals getriggert werden kann, sind den Triggereingängen des monostabilen Multivibrators 20 logische Bausteine 21, 22 und 23 vorgeschaltet, die je nach Richtung eines Flankenwechsels im Eingangsimpulssignal entsprechende Eingänge 24 und 25 des monostabilen Multivibrators 20 triggern. Da der monostabile Multivibrator 20 auch über keinen separaten Eingang zur Änderung der aus dem Widerstand 5 und dem Kondensator 6 bestehenden Zeitkonstante verfügt, ist in der Zuleitung des Widerstandes 5 die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 24 zwischengeschaltet. Abhängig von der an der Basiselektrode des Transistors 5 angelegten Spannung U5 ändert die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 24 ihren Widerstand und damit die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators 20. Die Regelung zur Konstanthaltung des Tastverhältnisses der von dem monostabilen Multivibrator abgegebenen Ausgangsspannungen U1 und U2 erfolgt in der in Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen Weise.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines symmetrischen Ausgangsimpulssignals mit einem konstanten Tastverhältnis von 50% und mit gegenüber einem Eingangsimpulssignal doppelter Impulsfolgefrequenz,
unter Verwendung eines monostabilen Multivibrators, welcher von positiven und negativen Flanken eines Eingangsimpulssignals getriggert wird und welcher eine Zeitkonstante aufweist, die etwa dem Viertel einer Impulsperiode des Eingangsimpulssignals entspricht,
gekennzeichnet durch
zwei Tiefpaßfilter (14, 18), welche an invertierenden und nichtinvertierenden Signalausgängen (8, 10) des monostabilen Multivibrators (2 bzw. 20) angeschlossen sind,
einer Einrichtung (15, 16, 17) zur Subtraktion der an den Ausgängen der beiden Tiefpaßfilter (14, 18) erhaltenen Signale und
eine Einrichtung (7, 24) zur Beeinflussung der Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators (2 bzw. 20) in Abhängigkeit eines von der Einrichtung (15, 16, 17) zur Subtraktion abgegebenen Signals.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15, 16, 17) zur Subtraktion aus einem Differenzintegrator besteht, bei welchem der invertierende Eingang eines Differenzverstärkers (15) über einen Kondensator (16) mit dem Ausgang des Differenzverstärkers (15) verbunden ist, bei welchem das tiefpaßgefilterte Signal des nichtinvertierenden Ausgangs (8) des monostabilen Multivibrators (2 bzw. 20) über einen Widerstand (17) dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers (15) zugeführt ist und bei welchem das tiefpaßgefilterte Signal des invertierenden Ausgangs (10) des monostabilen Multivibrators (2 bzw. 20) an dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers (15) liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem monostabilen Multivibrator (20) mit einer aus einer Widerstand/Kondensatorkombination (5, 6) bestehenden Zeitkonstante die Beeinflussung der Zeitkonstante durch ein in Reihe zum Widerstand (5) der Widerstand/Kondensator-Kombination (6, 5) geschalteten Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (24) erfolgt, welcher mit der Basis über einen Widerstand (19) an dem Ausgang der Einrichtung (15, 16, 17) zur Subtraktion angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem monostabilen Multivibrator (2) mit einem Steuereingang zur strom- bzw. spannungsmäßigen Änderung der Zeitkonstante (5, 6) das an dem Ausgang der Einrichtung (15, 16, 17) zur Subtraktion abgegebene Signal über einen Widerstand (19) dem Steuereingang (7) zugeführt ist.