NO139304B - Anordning for detektering av et tonesignal hvis frekvens ligger innenfor et visst tonefrekvensbaand - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en anordning for detektering

av et for signaleringsformål beregnet tonesignal, hvis frekvens ligger innenfor området for et tonefrekvensbånd, et såkalt innenforbåndssignal.

Anordningen ifolge oppfinnelsen anvendes hovedsaklig ved mottagelse av innenforbåndssignalerved signalering mellom to telefonsentraler, idet signalene utnyttes for sending av eksempelvis anropssignaler, signaler for nedkobling osv.

Ved mottagning av innenforbåndssignaler er det nodvendig at signalmottageren oppviser såkalt beskyttelseskretsvirkning, dvs. aktiveres kun når signalfrekvensen innkommer alene. Når den for signaleringen anvendte tonen, hvis frekvens ligger innenfor et tonefrekvensbånd (0,3-3,4 kHz), innkommer sammen med andre tonesignaler innenfor båndet skal signalmottageren altså ikke godkjenne den mot signaleringsfrekvensen horende tonen som signalering stone.

En tidligere kjent anordning for å tilveiebringe nevnte beskyttelseskretsvirkning hos en signalmottager fremgår av fig. 1 i vedlagte tegning. Det over klemmen 1 opptredende signal inneholder signaleringsfrekvensen fO foruten et eller flere tone-frekvenssignaler med frekvensene fl, f2 osv. I båndsperre-

filteret 1, hvis sperrebånd ligger omkring frekvensen fO

dempes signalfrekvensen, men ikke ovrige frekvenser. I be-grensertrinnet 2 skjer en undertrykking av det sammensatte signalet og dessuten dempes i båndpassfilteret 3, med sitt pass-bånd omkring frekvensen fO, de signaler som ikke inneholder signaleringsfrekvensen fO.Hvis signalfrekvensen foruten et eller flere tonesignaler innkommer over inngangskiemmen 1 fås ikke

tilstrekkelig hoyt utsignal fra likeretteren 4.Hvis derimot signalfrekvensen fO innkommer alene over klemmen 1, fås et tilstrekkelig hoyt utsignal fra likeretteren 4, hvilket kan utnyttes som kriterium på at utelukkende signalfrekvensen er blitt mottatt.

Den kjente anordningen gir riktignok en umiddelbar beskyttelseskretsvirkning, dvs. anordningen inneholder ingen innbygde tids-konstanter. Ulempen er imidlertid at to av hverandre uavhengige filterkretser er nodvendige og dessuten at et innkommende tonesignal, hvis frekvens er en submultipel av signalfrekvensen etter begrensning likeledes inneholder signalfrekvensen, slik at en likespenning oppnås etter likeretteren. Det finnes således en risiko for at et signal som består av en submultipel av signalfrekvensen sammen med overtoner kan gi et ikke onsket utsignal, ettersom såvel submultipelsignalet som noen av dets overtoner bidrar med en likespenningskomponent.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en

anordning for mottagelse av et innenforbåndssignal, hvilket gir en umiddelbar beskyttelseskretsvirkning for innenforbånds-signalet og et smalt frekvensbånd omkring dette og i hvilket kun en avstemt krets utnyttes.

Oppfinnelsen, hvis kjennetegn fremgår av etterfolgende patent-

krav, skal nærmere beskrives under henvisning til vedlagte tegninger.

Fig. 1 viser et blokkskjema over en anordning for detektering av et innenforbåndssignal slik som beskrevet ovenfor. Fig. 2 viser et blokkskjema over en anordning for detektering av et innenforbåndssignal ifolge foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser et koblingsskjema over en kombinert filterkrets med en inngang og to utganger, hvilke oppviser båndpass- respektive båndsperrekarakter, hvilken krets inngår som vesentlig del i anordningen ifolge fig. 2. Fig. 4 viser et diagram over absoluttverdi og fasevinkel for kvotienten mellom inngangsstorrelsen og den utgangsstorrelse.hos kretsen ifolge fig. 3 som oppviser båndpasskarakter. Fig. 5 viser et lignende diagram for kvotienten mellom inngangsstorrelsen og den utgangsstorrelse hos kret sen ifolge fig. 3 som oppviser båndsperrekarakteristikk. Fig. 6 viser et diagram over faseforskjellen mellom nevnte ut-gangs storr el ser samt likespenningskomponenten hos en utgangsstorrelse som opptrer i anordningen ifolge fig. 2. Fig. 7 viser et diagram over visse utgangsstorrelser, hvilke opptrer i anordningen ifolge fig. 2. Fig. 8 viser en modifisert utforelse av kretsen ifolge fig. 3 ved mottagelsen av signaler ved totonesignaleri ng.

I fig. 2 er et blokkskjema over anordningen ifolge oppfinnelsen vist. Med BF betegnes en for det sokte tonesignalet selektiv krets i form av en kombinert filterkrets, hvis inngang Uo mottar et innkommende signal. Dette signal kan bestå av flere talefrekvenser foruten signaleringsfrekvensen når taleinforma-sjon overfores eller av utelukkende signaleringsfrekvensen fo når signaleringsinformasjon overfores. Kretsen BF består av to delkretser BFl og BF2 av hvilke den ene delkretsen BFl utgjores av en filterkrets av båndpass- eller allpasskarakter, hvorved i tilfellet båndpasskarakter passbåndets midte sammenfaller med signaleringsfrekvensen fo. Den andre delkretsen BF2 utgjores av en filterkrets med båndsperrekarakter, hvorved filterets sperrefrekvens sammenfaller med signaleringsfrekvensen fo. Over båndsperreutgangen U2 opptrer således et signal i hvilket signaleringskomponenten fO er undertrykket i forholdet til ovrige komponenter innenfor tonefrekvensbåndet. Over båndpassutgangen Ul fås et signal i hvilket istedet nevnte komponenter er undertrykte i forhold til signaleringskomponenten. I den kombinerte filterkretsen BF oppnås dessuten en innbyrdes fasevridning av signalene over utgangene Ul og U2. Nivået hos nevnte signaler begrenses i amplitudebegrenserne AD1 og AD2

og de derved oppnådde i hovedsak firkantfocmede signalene til-fores de to inngangene hos en produktmodulator MOD.

Utsignalene over utgangen U5 hos modulatoren MOD utgjores således av produktet av de firkantformede signalene over utgangene U3 og U4 hos begrenserne ADl, AD2.

I det tilfellet som er blitt nevnt at innsignalene over inngangen Uo inneholder komponenter med frekvensene fl, f2 osv. samt signaleringskomponenten med frekvensen fo, fås en fasevridning mellom signalene over utgangene Ul og U2. Etter omdanning til firkantform i begrenserne ADl og AD2 og modulering i produktmodulatoren MOD fås på utgangen U5 et signal, hvilket inneholder en 1ikespenningskomponent hvis storrelse er avhengig av denne fasevridning og av signalerinskomponentens undertrykking i delkretsen BF2.Hvis derimot innsignalene over inngangen Uo kun inneholder signaleringskomponenten med frekvensen fo, er den innbyrdes fasevridning mellom signalene over utgangene Ul og U2 lik null og maksimal likespenningskomponent i signalet over utgangen U5 opptrer, ettersom produktet av to likefasede tonesignaler oppnås. Tilstedeværelsen av en likespenningskomponent i utgangssignalet fra modulatoren MOD kan tydeligvis utnyttes som kriterium på at utelukkende signaleringskomponenten opptrer over inngangen <T>Jo. For dette formål er en komparatorkrets JF med sin ene inngang tilkoblet utgangen U5 hos modulatoren MOD og over den andre inngangen hos komparatoren JF er en konstant likespenning Ua tilkoblet.

Om derved likespenningskomponenten hos det over utgangen U5 opptredende signal overskrider nivået bestemt av likespenningen Ua fås en utstorrelse over komparatorens utgang U6 hvis polaritet indikerer at det innkommende tonesignalet skal godkjennes som signaleringstone.Hvis likespenningskomponentene derimot under-skrider nevnte nivå skal et mottatt signal ikke godkjennes som signaleringstone. Komparatoren JF utgjores eksempelvis av en operasjonsforsterker av kjent slag.

Fig. 3 viser et koblingsskjema over en mulig utforelsesform av den kombinerte filterkretsen BF ifolge fig. 2. Den forste delkretsen BFl utgjores av en parallellresonanskrets hvis resonansfrekvens er lik den valgte signaleringsfrekvensen fo. Parallellresonanskretsen inneholder kondensatoren C, motstanden R samt en transformator Tr, hvis sekundærvikling danner utgangen Ul hos delkretsen BFl. Induktansen sett fra primærsiden hos denne transformator er betegnet L. Dan andre delkretsen BF2 utgjores utelukkende av motstanden r, idet motstandeneR og r er dimensjonert slik at motstanden R er av storrelsesorden 3-5 ganger motstanden r.Hvis båndpasskretsens impedans betegnes med Z gjelder:

, der Q = itffo.RC og fo = resonansfrek-vensen hos parallellkretsen = den valgte signaleringsfrekvensen. Videre gjelder:

Hvis i ligning (2) f = fo fås:

1 fig. 4 og 5 er for a = 4 vist kurvene som illustrerer hvordan dbsoluttverdien og fasevridningen av kvotienten mellom signalene fra utgangene Ul respektive U2 og signalene til inngangen Uo varierer med faktoren o/f fo^. Av diagrammene ifolge fig. Vfo f / 4 og 5 fremgår således at båndpasskarakteristikk kan fås fra inngangen Uo til utgangen Ul, mens båndsperrekarakteristikk fås fra inngangen Uo til utgangen U2.

Por utgangene Ul og U2 gjelder:

Faseforskjellen<jP = arctg Q(f/fo-fo/f), hvilket er illu-

strert i diagrammet ifolge fig. 6.

Faseforskjellen cp mellom signalene over utgangene Ul og U2 er således avhengig kun av faktoren Q(f/fo-fo/f). Denne faktor inneholder godhetsfaktoren Q for den avstemte kretsen (parallellresonanskretsen), hvilket som kjent angir den inverse verdien av den relative båndbredden (3dB-båndbredden), dvs. selektivi-teten hos kretsen. Por et innkommende tonesignal med en frekvens fo lik signaleringsfrekvensen fås således fasefor-skj ellen null, mens et tonesignal, hvis frekvens er skilt fra fo gir opphav til en faseforskjelltf ^ 0 ifolge det ovenstående. En avstemt krets i filterkretsen BF, som har en skarp resonans-stopp, dvs. hoy selektivitet har en hoy Q-verdi, hvilket medforer at tonesignaler hvilkes frekvens ^ fo har en hbyere verdi på fasevridningen <P enn en avstemt krets med middels eller lav selektivitet.

I fig. 7 er i diagramform vist utseendet av signalene over utgangene U1-U5 i det tilfellet at kun et tonesignal med vilkårlig frekvens innenfor et talebånd innkommer. Signalene over inngangene Ul og U2 kan derved betegnes:

Ul = Ulo cos wt

U2 = U2o cos (wt+V), der w = 2JTf

Signalamplitudene antas å være så hoye at signalene etter begrensning skr et sene AD1 og AD2 får hovedsaklig firkantet form. Derved gjelder at det fra utgangen U5 hos produktmodulatoren

MOD mottatte signalet har en likespenningskomponent UL, hvilken kan betegnes:

ul = i/3rGrV?/ -/?/) = - /2W

Tilsvarende kurve som funksjon av faktoren Q(f/fo-fo/f) er illustrert i diagrammet ifolge fig. 6. For tonesignaler, hvilkes frekvens ligger i nærheten av frekvensen fo er det onskelig at likespenningskomponenten UL er nære 1, slik at innkommende signaler som ligger innenfor et visst smalt område omkring frekvensen fo også skal godkjennes. Dette innebærer at den avstemte kretsen (parallellresonanskretsen) bor ha middels eller lav selektivitet. Q-verdien skal således velges slik at signaler nær frekvensen fo godkjennes og signaler utenfor et visst område omkring frekvensen fo ikke godkjennes. Eksempelvis skal signaler innenfor området /f-f o/ < 25 Hz godkjennes, mens signaler utenfor området /f-fo/>75 Hz ikke godkjennes.

Det antas nå at to tonesignaler med frekvensene wo = 2Vfo og

wl = 2Æfl innkommer over inngangen Uo og at disse har samme amplitude. Videre antas det at frekvensen fl har en verdi som vesentlig skiller seg fra verdien på fo og at tonesignalet med frekvensen fo dempes i båndsperrefilteret BFl. Da gjelder:

Uo = cos wot + co-s wlt og fra utgangene Ul og U2 fås:

Ul = cos wot + b.cos (wlt +<2>7/2) der b<^ 1 (båndpassutgangen)

U2 = k.coswot + coswlt der k<l (båndsperreutgangen) Etter begrensning i begrensning skr et sene ADl og AD2 kan signalene fra utgangene U3 og U4 betegnes:

I ovenstående uttrykk for utsignalene U3 og U4 er i de amplitudebegrenserne oppstående overtonene og klirrproduktene blitt negl isj ert^ett er som deres amplitudeverdi er mye mindre enn amplituden hos komponentene med frekvensenewo og wl.

Likespenningskomponenten UL hos produktet U3.U4 kan beregnes

ut fra ovenstående ligninger og man finner etter utregning ut at UL = 1/2. k/2.A^. Hvis V*m et tonesignal med frekvensen fo innkommer gjelder at U3 = U4 = A.coswt og UL = A /2. Forholdet mellom likespenningskomponenten UL i begge tilfeller blir således lik faktoren k/2, dvs. avhengig av faktoren k,

som angir undertrykkingen i delkretsen 3F2 av signaleringstonen med frekvensen fo. For eksempelvis en undertrykking av 12 dB

i båndsperrekretsen BFl fås en faktor k = 0,25 og likespennings-komponentens undertrykking utgjor 18 dB.

Anordningen ifolge oppfinnelsen kan også tilpasses ved totone-signalering mellom to telefonsentraler. Ved lignende signalering er detonskeiig at i en mottager, den ene signalfrekvensen sperres. Fig. 7 viser hvordan den kombinerte filterkretsen BF ifolge fig. 2 derved kan utformes. Delkretsen BFl består i dette tilfellet av kondensatoren Cl, induktansen LI og motstanden Ri og delkretsen BF2 av motstanden ri samt en kondensator C2 tilkoblet i parallell med motstanden ri. Over inngangen Uo opptrer et signal med frekvensene fl og f2, idet man onsker å sperre signalkomponenten fl. Parallellresonanskretsen i delkretsen BFl er derved avstemt til frekvensen fl. Fasevridningen f mellom utgangene Ul og U2 er ifolge hva som er fremholdt ovenfor avhengig av faktoren Q(f/fl-fl/f), dvs 0 for f = f2. Por at fasevridningen skal være null for signalkomponenten f2 dimensjoneres kondensatoren C2 slik at en ekstra fasevridning for signaUcomponenten f2 oppnås, hvilken kompenserer fasevridningen i delkretsen BFl, hvorved en total fasevridning for signalkomponenten f 2 lik null oppnås.

Den kombinerte filterkretsen ifolge fig. 2 er ikke begrenset

til det i fig. 3 viste utforelseseksempel med en avstemt resonans-krets inneholdende kapasitans og induktans i diskret utforelse. Kretsen kan også være utformet med for eksempel filmteknikk i integrert utforelse for å oppnå den onskede seleksjonen ved det sokte tonesignalets frekvens. Videre kan modulatoranordningen i fig. 2 bestå av en svitsjmodulator av i og for seg kjent slag, hvilken utforer både en begrensning av de to innkommende signalene og en produktmodulering av disse.

Claims (6)

1. Anordning for detektering av et tonesignal med en bestemt frekvens, hvilken ligger innenfor et visst tonefrekvensbånd, særskilt for detektering av et innenforbåndssignal ved signalering mellom telefonstasjonsutrustninger, karakterisert ved en for tonesignalets frekvens (fo) selektiv krets (BF) med en inngang (Uo) hvilken utgjor anordningens inngang og med to utganger (Ul, U2) av hvilke over en utgang (U2), tonesignalet opptrer båndsperrefiltrert, idet for tonesignaler, hvilkes frekvens (fl) avviker fra det onskede tonesignalets frekvens (fo), en bestemt fasevridning (V) mellom signalene over nevnte forste og andre utgang (Ul respektive U2) oppnås, hvis verdi avhenger av det over anordningens inngang opptredende signals frekvensavvikelse fra det onskede tonesignalets frekvens (fo), en modulatoranor&ning (AD1, AD2, MOD) for amplitude-begrensning av i det minste en av de signaler som opptrer over nevnte forste og andre utgang (Ul, U2) og for produktmodulering av de således mottatte begrensede signalene, idet storrelsen av likespenningskomponenten(UL) hos det fra modulatoranordningen mottatte signalet utgjor en iirdikering på det sokte tonesignal.

2. Anordning ifolge krav 1, karakterisert ved at nevnte selektive krets (BF) består av en forste delkrets (BFl) med allpass- eller båndpasskarakter ved den frekvens som er lik med det onskede tonesignalets frekvens (fo) samt av en andre delkrets (BF2), hvilken i kombinasjon med den forste delkretsen (BFl) oppviser båndsperrekarakter ved nevnte frekvens (fo).

3. Anordning ifolge krav 2, karakterisert ved at den forste delkretsen (BFl) utgjores av en parallellresonanskrets (R, C, Tr), hvis resonansfrekvens er lik frekvensen (fo) hos det onskede tonesignalet samt at den andre delkretsen (BF2) utgjores av en i serie med nevnte parallellresonans>rets tilkoblet motstand (r).

4. Anordning ifolge krav 1, karakterisert ved at modulatoranordningen består av en forste og en andre begrens-ningskrets (ADl, AD2) samt av en produktmodulator (MOD).

5. Anordning ifolge krav 1, karakterisert ved at modulatoranordningen består av en i og for seg kjent svitsjmodulator, hvilken begrenser signalene fra nevnte forste og andre utgang og utforer en multiplisering av nevnte signaler.

6. Anordning ifolge krav 1, karakterisert ved en komparatorkrets (JF), hvilken med sin ene inngang er tilkoblet utgangen av modulatoranordningen (ADl, AD2, MOD) og hvilken med sin andre inngang er tilkoblet et konstant signalnivå (Ua) for sammenligning av nevnte likespenningskomponent (UL) med nevnte konstante signalnivå, idet resultatet av sammen-ligningen utgjor en indikering av det sokte tonesignalet.