NO121346B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for omdannelse av en signalrekke med

tre nivåer til en signalrekke med to nivåer.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for omdannelse av en signalrekke som har tre forskjelliga nivåer og som består av pulser med vekslende polaritet, stort sett samme amplityde og stort sett samme bredde og av overgangsområder, som ligger mellom etter hverandre følgende pulser og har en midlere amplityde, til en tilsvarende signalrekke med to nivåer, hvor overganger fra. ett nivå til et annet blir bestemt av pulsene til den"

første signalrekke. Oppfinnelsen vedrører dessuten en anordning for gjennomføring av denne fremgangsmåte.

Signaler med to forskjellig nivåer tjener ofte til å gjengi informasjoner i binær eller generelt i digital form. Ved overfø-

ring av slike digitale data fra et sendested til et mottakersted må det ofte tas hensyn til kvaliteten til det foreliggende sam-

bandsledd. Særlig er det nødvendig å treffe forholdsregler for å beskytte informasjonssignalet mot forstyrrelser som adderer seg til de aktuelle digitale data. For dette formål overfører man hyppig ikke den signalrekke som foreligger på sendestedet og som består av signaler med to nivåer, men man omdanner denne signalrekke til en signalrekke med tre nivåer, som består av pulser med vekslende polaritet og med tilnærmet lik amplityde og tilnærmet lik bredde og av overgangsområder med en midlere amplityde som ligger mellom etter hverandre følgende pulser. Denne signalrekke, som er bedre egnet for overføring, blir deretter overført fra sendestedet til mottakerstedet, som kan ligge flere tusen kilometer fra hverandre. På mottakerstedet må det da treffes forholdsregler for å omvandle en signalrekke med tre nivåer til en signalrekke med to nivåer som tilsvarer den opprinnelige signalrekke.

Por å gjennomføre omvandlingen av en signalrekke med tre nivåer kunne man for eksempel benytte to terskelkretser, av hvilke den ene avgir et utgangssignal når det opptrer pulser med en polaritet og den andre et utgangssignal når det opptrer pulser av den andre polaritet. Til utgangene til de to terskelkretser måtte man koble et bistabilt kipptrinn, idet man fra den ene av kipptrinnets to utganger da ville kunne avgripe den ønskete signalrekke med to nivåer. En slik løsning er imidlertid forbundet med den ulempe at en forstyrrelsespuls lett kunne bevirke omstyring av kipptrinnet og dermed forfalske de overførte data.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte for slik signalomdannelse som unngår de nevnte ulemper.

Ifølge oppfinnelsen kan dette skje ved at signalene i den før-ste signalrekke integreres fortrinnsvis ved å lade en kondensator med strøm fra etter hverandre følgende pulser og signalene i den andre signalrekke avledes av det integrerte signal ved at det integrerte signal sammenliknes med en fast referansespenning idet den andre signalrekkes nivå er knyttet til polariteten til forskjellen mellom det integrerte signal og referansespenningen fortrinnsvis ved å la polaritetsvekslingen i den spenning som ligger over kondensatoren bevirke overgang fra ett nivå til det andre.

For å gjennomføre denne fremgangsmåte kan det benyttes en krets hvor det er anordnet en strømgenerator som styres av de etter hverandre følgende pulser og som lader en kondensator med en strøm som tilsvarer den aktuelle puls' polaritet og amplityde og hvor det til kondensatoren er koblet inngangen til en terskelkrets med en terskelverdi, og som på sin utgang avgir et signal som til-hører rekker av signaler som skal avgis ut fra de etter hverandre følgende pulser, med en første amplityde når spenningen på kondensatoren overskrider terskelverdien, og med en andre amplityde når spenningen over kondensatoren underskrider terskelverdien.

Et eksempel på oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under hen-visning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser en typisk binær bølgeform.

Fig. 2a og 2b viser omdannete bølgeformer av fig. 1.

Fig. 3 viser bølgeformen i fig. 2b integrert.

Fig. 4 viser et blokkskjema av oppfinnelsen.

Fig. 5 viser et illustrerende kretsskjerna.

Fig. 1 viser en vilkårlig bølgeform med to nivåer, som er representativ for signaler som ønskes sendt over en stor avstand. Fig. 2a viser bølgeformen på fig. 1 etter at den har passert gjennom et vanlig datasett i en sender. Hver positiv overgang på fig. 1 er blitt erstattet ved hjelp av en positiv puls med fast amplityde og bredde, og hver negativ overgang på fig. 1 er blitt erstattet med en negativ puls av samme amplityde og bredde. Denne type ko-ding er kjent som "dikoding". Det er et signal med tre nivåer med like store positive og negative pulser superponert på hverandre på en grunnlinjespenning. Den er like anvendelig for synkront som for ikke-synkrone signaler. Bølgeformen på fig. 2a blir.normalt filtrert enten før eller under sendingen for å fjerne komponenter av høyere frekvenser. Dette resulterer i bølgeformen på fig. 2b som er representativ for den bølgeform som ville opptre ved en mottakers datasett som omformer bølgeformen på fig. 2b tilbake til bølgeformen på fig. 1. Signalpulsene på fig. 2b bør atskilles så godt som mulig fra støypulser og ha så lite fasesvikt som mulig. Denne oppfinnelse beskjeftiger seg med en krets og en fremgangsmåte som er innrettet til å dikode eller omdanne en bølgeform av den på fig. 2b viste type til en bølgeform som den som er vist på fig. 1.

Den vanlige måte å omdanne et signal av den type som er

vist på fig. 2b på, omfatter detektering av de tider da den abso-lutte verdi av signalspenningen passerer gjennom en halvdel av toppspenningen i en økende retning. Slike krysninger av halvparten av toppverdien for spenningen angir nærværet av en dikodepuls. Halv-verditerskelen er valgt for å skaffe størst mulig upåvirkelighet av støy. En positiv dikodepuls vil erkjennes selv om det samtidig

er til stede en negativ støypuls så lenge støypulsen har mindre amplityde enn halvparten av dikodepulsen. På liknende måte vil en støypuls ikke bli falskt detektert som en signalpuls med mindre

støypulsen har en amplityde som er minst halvparten så stor som en virkelig signalpuls. Denne form for detektering skilleijmellom sig-nalpulser og støypulser bare på grunnlag av amplityden. Det er mulig å få bedre tilbakevisning av støy ved å skjelne mellom signal-pulser og støypulser på grunnlag av pulsenergi istedenfor puls-amplityde. På denne måte er det større immunitet mot virkningetie av støypulser som kan ha en stor momentan amplityde, men en kort varighet i forhold til en signalpuls. Fig. 3 viser dikodebølgeformen på fig. 2b etter at den er blitt integrert ved hjelp av et hvilket som helst passende inte-greringsmiddel. Denne integrerte bølgeform er et mål på pulsener-gien. Nøyaktig uttrykt er energien proporsjonal med tidsintegralet for kvadratet av signalspenningen, men det er ikke nødvendig eller ønskelig å kvadrere signalbølgeformen. Det kan sees at toppverdiene av pulsene på fig. 2b tilsvarer i alminnelighet midtpunktene i bøl-geformen på fig. 3. Følgelig representerer et slikt midtpunkt halvenergien for pulsen på fig. 2b og representerer også et passende kriterium for bestemmelse av nærværet av en signalpuls. Hvis bølgeformen på fig. 3 er symmetrisk rundt nullpotensialet, da vil hver nullkrysning på fig. 3 være indikativ for en mottatt dikodepuls. En streket linje er inntegnet i fig. 3 for å representere et middel- eller jordpotensial. I alminnelighet vil den integrerte verdi av vilkårlig korte støypulser ikke være tilstrekkelig til å frembringe bølgeformen på fig. 3 til å realisere en nullkrysning og bli detektert som en tilfeldig puls. Fig. 4 er et blokkskjema for et arrangement med kretser som kan bli brukt til å utføre det dakodingsskjema som er angitt generelt ovenfor. Det dikodesignal som opptrer ved inngangsklemmen 9, blir først overført gjennom en styreforsterker 10 med automatisk forsterkningsregulering for å kompensere for forsterkningsvaria-sjoner i sendekretsen og skaffe et signal som har ensartete sig-nalpulsamplityder. Det neste skritt er å integrere signalet. Dette kan gjøres, på forskjellige måter. Den vanlige måte er å omforme inngangsspenningens bølgeform til en tilsvarende vanlig bølgeform og påtrykke dennes strøm på en kondensator. En motstand med stor verdi vil omforme en spenning til en strøm under hensiktsmessige omstendigheter, men det er vist en likestrømsforsterker 11 som sørger for en utgangsstrøm som er proporsjonal med inngangsspen- ningen og i det vesentlige uavhengig av utgangsspenningen. Denne strøm fra forsterker 11 tilføres en integrerende kondensator 12 for å skaffe en bølgeform som er lik den på fig. 3. Denne bølge-form blir så påtrykt en terskelkrets 13 for på utgangsklemmen H

å gjenskape et tonivåsignal, som tilsvarer det på fig. 1. Uttryk-ket "terskelkrets" brukes i denne sammenheng for å angi en krets eller anordning som har to utgangsnivåor, ett for inngangssignaler under et referanseterskelnivå og det annet for inngangssignaler over det samme referanseterskelnivå. Eti Schmitt-triggerkrets er en vanlig utførelse for en terskelkrets 13. Sn enkelt transistorforsterker med jordet emitter vil også funksjonere som terskelkrets, da dens kollektor tilfører potensial avhengig av om basis-potensialefc er større eller mindre enn emitterpotensialet. Det er selvfølgelig et område med basispotensial hvori kollektorpotensialet reagerer lineært og ikke. trinnvis, men det er mulig å se bort fra dette begrensete område med lineær virkemåte og betrakte en transistor med jordet emitter eller liknende anordning som en krets som danner terskelkretser i den betydning ordet har i denne beskrivelse.

Kretsen som hittil er beskrevet, gir god tilbakevisning av vilkårlig opptredende støysignaler av de grunner som er anført tidligere. J3n serie med små støypulser som har den samme polaritet, kan imidlertid bli integrert av kondensatoren 12 til et potensial over terskelverdien for kretsen 13 så den gir et feilaktig utgangssignal, selv om amplityden eller energien av de individuelle støypulser er vesentlig mindre enn en riktig signalpuls. Immunitet mot denne type støy er det sørget for ved hjelp av tilbakekoblingskretsen 15 som skaffer tilbakekoblingsstrøm til kondensatoren 12

i positiv retning fra utgangen av terskelkretsen 13. Virkningen av tilbakekoblingskretsen 15 er å bevirke at potensialet på kondensatoren 12 vender tilbake mot sin tidligere verdi etter hver støypuls. Her spesielt blir potensialet på kondensatoren 12 ført tilbake til en av to spesielle verdier som bestemmes av terskelkretsen 13 og tilbakekoblingskretsen 15. Betraktet på en annen måte blir forskjellen mellom det to-nivås utgangssignal og spenningen på kondensatoren 12 integrert og addert til spenningen på kondensatoren 12. Tilbakekoblingskretsen 15 bør justeres slik at potensialet på kondensatoren 12 reagerer meget langsommere på en økning i spenningen på selve kondensatoren enn på en økning av den spenning som påtrykkes inngangen av forsterkeren 11. Dette hindrer tilbakekoblingskretsen 15 fra å komme i veien for den nor-

male funksjon av kretsen for å generere utgangsoverganger som reak-sjon på inngangssignaler av normal størrelse. Tilbakekoblingskretsen 15 bør imidlertid være i stand til å forandre potensialet på kondensatoren 12 sr hurtig som mulig uten å interferere med den normale signalintegrasjon. Tilbakekoblingskretsen 15 kan være et enkelt motstandsnettverk som sørger for en eksponensiell type til-bakeføring til kondensatoren 12.

Fig. 5 representerer en spesielt illustrerende krets til ut-førelse av oppfinnelsen. NPN- og PNP-transistorer kan være av ty-pen henholdsvis "2N1304" og "2N1305". Transistorene Q1 og Q2 og tilhørende komponenter omfatter likestrømsforsterkeren 11 i fig. 4. Q1 er en PUP-transistor og Q2 er en ITPN-transistor. Disse kollek-torer er forbundet med integreringskondensatoren 12. Det er karak-teristisk for en transistor for stor forsterkning at emitterens og kollektorens strømmer er tilnærmet like. Det er også karakteris-tisk for en transistorforsterker at spenningen mellom basis og emitter er liten og vesentlig konstant. Følgelig er emitterstrøm-nien i Q1 i det vesentlige basisspenningen dividert med emitterraot-standen H1,og på liknende måte er emitter- og kollektorstrømmen for Q2 basisspenningen dividert med emittermotstanden R2. R1 og R2 er normalt innbyrdes like. Hvis inngangssignalet ikke innehol-der noen likestrømskomponent, hvilket er tilfelle for diodesigna-ler, er det hensiktsmessig å vekselstrømkoble inngangssignalene til basisene for transistorene Q1 og Q2 ved å innkoble kondensa-torer henholdsvis 01 og 02. Dette tillater i sin tur transistorba-sisene å bli referert til pluss og minus tilførselsspenninger ved b.iel<p>av basismotstander henholdsvis R3 og R4. Tidskonstanten for 01 og tt3 og for 02 og 1<4 bør være lang nok til å slippe gjennom inngangspulsene uten forvrengning. I alminnelighet vil transistoren Q1 tilføre kondensatoren 12 en strøm som er proporsjonal med de negative inngangspulser, og transistor Q2 vil tilføre kondensatoren 12 strøm som er proporsjonal med de positive inngangspulser. Spenningen på kondensatoren 12 vil således være den negative inte-gralspenning for den spenning som er tilført av den automatiske forsterkningsstyring og forsterker 10.

Spenningen på kondensatoren 12 blir over en høy inngangsim-pedans-emitterfølger, sammensatt av transistorene Q3 og Q4, over-ført til basis for transistoren Q5. Da emitteren for Q5 er jordet, kobles kollektorpotensialet mellom jordpotensialet og tilførsels-potensialet, ettersom basispotensialet går gjennom jordpotensialet. Da Q5 er en NPN-transistor, faller dens kollektorpotensial

til null når dens basispotensial er positivt, og dens kollektorpotensial stiger til verdien for det positive kollektor-tilførsels-potensial når basisspenningen er negativ. Følgelig danner kollektoren for Q5 effektivt utgangsklemmen 14 på fig. 4.

Da potensialet på kollektoren for w 5 varierer i en retning som er motsatt den ved kondensatoren 12, blir dette potensial påtrykt over en spenningsdeler sammensatt av motstander R5 og R6 til en felles emittertransistor Q6. For å sikre positiv utkobling av Q6 blir dens emitter returnert til et potensial som er noen få tiendedeler av en volt mer negativ enn den positive tilførsels-spenning ved hjelp av spenningsfallet forover over dioden SE1. En motstand R7 sørger for den nødvendige foroverstrøm gjennom SR1,

når Q6 er ikke-ledende. En annen foroverforspent diode SR2 er anordnet for å gjøre utgangen av Q6 symmetrisk i forhold til jord. Kollektorpotensialet for (26 er således enten litt mindre enn den positive tilførselsspenning eller litt mindre enn den negative tilførselsspenning og er i fase med potensialet på kapasiteten 12. Kollektoren på Q6 er forbundet med integreringskondensatoren 12 ved hjelp av en tilbakekoblingsmotstand RB. Følgelig søker kondensatoren 12 alltid å lade opp til eller ned til kollektorpotensialet for Q6. Dette skaffer pulsstøytilbakevisning som nevnt tidligere. Spenningsfallene som er bevirket av diodene SR1 og SR2, er for små til å få noen virkning på virkemåten for tilbakekoblingskretsen.

Transistorene Q1 og Q2 vil integrere et inngangssignal for-utsatt at det integrerte signal ligger mellom tilførselsspennin-gen som påtrykkes Q1 og Q2. Med andre ord vil og Q2 også be-grense eller klippe det integrerte signal. Det er ønskelig at utgangen av forsterkeren 10 blir regulert slik i forhold til transistorene Q1 og Q2 og tilknyttete komponenter at noen begrens-ning faktisk finner sted under hver integrasjon av en positiv e]-ler negativ inngangssignalpuls. Med andre ord bør inngangssignalene minst overskride litt den lineære integrasjonsevne for transistorene Q1 og Q2 og kondensatoren 12. Dette representerer en ønskelig, skjønt ikke vesentlig, arbeidsbetingelse fordi hver inn-gangspuls bevirker at spenningen på kondensatoren 12 blir integrert oppover eller nedover fra et fast forutbestemt potensial.

Tilbakekoblingskretsen søker alltid å gjenopprette potensialet på kondensatoren 12 til en verdi som bestemmes av den positive eller negative tilførselsspenning som påtrykkes transistor Q6. For effektiv funksjon av kretsen bør disse potensialer være symme-

triske om null og minst tilnærmet lik de potensialer som konden-

satoren 12 drives til ved normale inngangspulser. Da tilbakekob-

lingskretsen søker å fastholde potensialet på kondensatoren 12 på

et fast potensial mellom inngangssignalene, kan denne funksjon er-

stattes for den begrensende funksjon som utføres av transistorene Ql og Q2. Med andre ord kan transistorene Ql og Q2 tilføres spen-

ninger høyere enn de som blir tilført Q6, eller inngangssignalet kan bli redusert i amplityde fra det som tidligere er beskrevet.

Fig. 5 viser en spesiell arbeidstilstand hvor transistorene Ql og Q2 og Q6 alle drives fra de samme tilførselspotensialer. Inn-

gangssignalet til transistorene Ql og Q2 kan bli regulert slik at dets integrerte verdi ved kondensator 12 er nær verdien for den tilførselsspenning som påtrykkes transistorene Ql, Q2 og Q6 og fortrinnsvis litt over.

Kretsen på fig. 5 er en helt effektivt arbeidende utførelse

av oppfinnelsen og har oppvist en fordel på tilnærmet 2 db i støy-tilbakevisningsevne sammenholdt med en vanlig spenningssammenlik-

nings datasettkrets. Det er klart at forbedring av støytilbakevis-

ningen vil avhenge av spesielle typer med støyspenninger som man møter. Det vil også forståes at kretsen på fig. 5 bare er ment å

vise prinsippene for oppfinnelsen og at mange modifikasjoner vil være umiddelbart innlysende for enhver dyktig konstruktør av elek-

troniske kretser. Det kan for eksempel benyttes forskjellige ty-

per integratorer, transistoren Q5 vil kunne erstattes av en Schmitt-triggerkrets, elektronrørkretser vil kunne anvendes og

liknende.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for omdannelse av en signalrekke som har tre forskjellige nivåer og' som består av pulser med vekslende polari-

tet, stort sett samme amplityde og stort sett samme bredde, og av overgangsområder som ligger mellom etter hverandre følgende pulser og har en midlere amplityde,til en tilsvarende signalrekke med to nivåer, hvor overganger fra et nivå til et annet blir bestemt av pulsene i den første signalrekke, karakterisert ved at signalene i den første signalrekke integreres fortrinnsvis ved å lade en kondensator (12) med strøm fra etter hverandre følgende pulser og signalene i den andre signalrekke avledes av det integrerte signal ved at det integrerte signal sammenliknes med en fast referansespenning, idet den andre signalrekkes nivå er knyttet til polariteten til forskjellen mellom det integrerte signal og referansespenningen, fortrinnsvis ved å la polaritetsvekslingen i den spenning som ligger over kondensatoren (12) bevirke overgang fra ett nivå til det andre.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kondensatoren (12) til enhver tid blir ladet med en konstant strøm. 3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at spenningen som ligger over kondensatoren (12) blir omdannet til en signalrekke med to nivåer ved hjelp av en terskelkrets (13). 4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert ved at terskelkretsens terskelspenning blir bestemt av den midlere verdi av den spenning som til enhver tid ligger over kondensatoren (12). 5. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at signalrekken som utvinnes av de enkelte pulser blir koblet tilbake til kondensatoren (12) med en forsinkende medkobling. 6. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at spenningen som ligger over kondensatoren (12) begrenses symmetrisk om en fast, absolutt verdi. 7. Krets for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at det er anordnet en strømgenerator (11) som styres av de etter hverandre føl-gende pulser og som lader en kondensator (12) med en strøm som tilsvarer den aktuelle puls' polaritet og amplityde og at det til kondensatoren (12) er koblet inngangen til en terskelkrets (13) med en terskelverdi, og som på sin utgang avgir et signal som til-hører rekker av signaler som skal avgis ut fra de etter hverandre følgende pulser, med en første amplityde når spenningen på kondensatoren (12) overskrider terskelverdien, og med en andre amplityde når spenningen over kondensatoren (12) underskrider terskelverdien.

3. Krets i samsvar med krav 7, karakterisert ved at terskelkretsens (13) utgang er forbundet med kondensatoren (12) over en tilbakekoblingskrets (15).