NO147089B - Koblingsanordning til automatisk forvrengningskorreksjon av et signal - Google Patents

Description

Oppfinnelsen går ut på en koblingsanordning til automatisk forvrengningskorreksjon av et signal som ble overført over en ledning med lavpasskarakteristikk og tilføres et korreksjonsledd med regulerbart høypassfilter og en dermed seriekoblet regu-leringsforsterker. For eksempel kan det dreie seg om en totråds-ledning i en lokal kabel.

Som bekjent blir nivået av et signal etter overføring over én ledning senket desto mer jo lenger ledningen'er. Samtidig blir alle frekvenskomponenter og særlig de høye frekvenskomponenter av signalet dempet desto mer jo lenger ledningen er. Ledningens lavpasskarakteristikk er således desto mer utpreget jo lenger ledningen er. Som bekjent ønskes et korrigert signal hvis nivå

og frekvenskarakteristikk er konstante og uavhengige av ledningens lengde.

For automatisk å forvrengningskorrigere et signal kan man som bekjent overføre signalet som skal korrigeres, over et regulerbart høypassfilter og en reguleringsf orsterker, hvorunder der i avhengighet av reguleringsforsterkerens utgangssignal blir avledet en reguleringsspenning hvormed både høypassfilterets høypassfunksjon og reguleringsforsterkerens forsterkning blir regulert slik at der ved utgangen fra reguleringsforsterkeren blir avgitt et korrigert signal. Kjente koblingsanordninger som bevirker en slik automatisk korreksjon av et signal, krever en relativt stor teknisk påkostning og lang tid for å avstemme høypassfilterets og reguleringsforsterkerens forskjellige reguleringskretser til hverandre og til ledningens lavpasskarakteristikk.

Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave å gi anvisning på en koblingsanordning av den innledningsvis angitte art, hvor der ikke behøves noen trimming.

Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen, blir løst ved samtidig anvendelse av følgende forholdsregler: A) Korreksjonsleddet inneholder i en første gren et høypass-filter med gitt frekvenskarakteristikk og et dermed seriekoblet første dempningsledd og inneholder i en annen gren en topol med gitt frekvenskarakteristikk;signalene fra de to grener blir summert i et summeringsledd. B) Reguleringsforsterkeren består av et annet dempningsledd og en seriekoblet forsterker som bevirker en gitt forsterkning . C) Første og annet dempningsledds strøm/spenningskarakteristikker er langt på vei like, og deres dempning er avhenig av et signal som avledes fra det korrigerte signal ved likeretting og glatting.

Koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at der ikke behøves noen trimming, altså innbyrdes tilpasning av høypassfilterets og reguleringsforsterkerens reguleringssystemer. Dette fordi høypassfilteret i den første gren har en gitt karak-teristikk, reguleringsforsterkerens forsterker har en gitt forsterkning og de to dempningsledd har samme karakteristikker og påvirkes med samme signal. Koblingsanordningen utmerker seg videre ved stor temperaturstabilitet, siden de to dempningsledd på grunn av sine like karakteristikker forholder seg likt ved eventu-elt opptredende temperaturforandringer. Koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen er langt på vei uavhengig av variasjoner i forsyningsspenningen, siden slike variasjoner ytrer seg likt på de

to dempningsledd. Enda et fortrinn ved koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen er å se i at den lett lar seg tilpasse på forhånd gitte ledningskarakteristikker, siden der etter slike tilpasninger ikke behøves noen trimming av de to dempningsledd.

Skal koblingsanordningen realiseres med særlig liten teknisk påkostning, er det hensiktsmessig at det første dempningsledd og det annet dempningsledd dannes av to og to likeretterelementer, at de elektroder som vender bort fra de to likeretterelementers for-bindelsespunkt, blir tilsluttet poler på en spenningskilde hvis potensialer er symmetriske med hensyn på et referansepotensial, og på hvilke der opptrer en spenningsdifferanse som er avhengig av det korrigerte signal, og at de to likeretterelementer er polarisert i gjennomslipningsretning med hensyn på spenningskilden.

Skal ledningens lavpasskarakteristikk i det ønskede frekvens-område tilnærmes særlig nøyaktig, er det hensiktsmessig at der parallelt med den annen gren er anordnet en tredje gren, hvori der er anordnet et ytterligere høypassfilter med på forhånd gitt frekvenskarakteristikk i serie med et ytterligere dempningsledd, at den tredje gren er tilsluttet summeringsleddet som summerer de signaler som overføres over første, annen og tredje gren, og at det tredje dempningsledds strøm/spenningskarakteristikk langt på vei er lik første og annet dempningsledds spenningskarakteri-stikker og dets dempning avhengig av det signal som avledes fra det korrigerte signal.

Hvis ledningens lavpasskarakteristikk ikke tiltar lineært, men kvadratisk med ledningslengden, er det hensiktsmessig, at der i første gren i serie med høypassfilteret og med første dempningsledd er anordnet et ekstra høypassfilter og et ekstra dempningsledd, og at det ekstra dempningsledds. strøm/spenningskarakteri-stikk langt på vei er lik første dempningsledds strøm/spennings-karakteristikk og styres med det signal som avledes fra det korrigerte signal ved likeretting og glatting.

For å realisere spenningskilden på rasjonell måte er det hensiktsmessig at den.dannes av en første og en annen operasjonsforsterker, et ytterligere likeretterelement, en kondensator og en første, en annen og en tredje motstand, at det korrigerte signal via det ytterligere likeretterelement tilføres et belegg på kondensatoren og den ikke inverterende inngang til den første operasjonsforsterker, at kondensatorens annet belegg og den ikke inverterende kanal hos den annen operasjonsforsterker er forbundet med et koblingspunkt hvor referansepotensialet foreligger, at der parallelt med kondensatoren er koblet en første motstand, at den inverterende kanal hos første operasjonsforsterker er tilsluttet utgangen fra denne operasjonsforsterker såvel som en av like-retterelementenes elektroder, at utgangen fra første operasjonsforsterker via en annen motstand er tilsluttet inngangen til annen operasjonsforsterkers inverterende ka,nal og derfra via den tredje motstand er tilsluttet annen operasjonsforsterkers utgang, og at annen operasjonsforsterkers utgang er tilsluttet annet likeret-terelements elektrode.

I det følgende vil utførelseseksempler bli beskrevet under henvisning til tegningen, hvor samme komponenter som forekommer på flere figurer, er forsynt med samme henvisningsbetegnelser. Fig. 1 viser en koblingsanordning til automatisk forvrengningskorreksjon av et signal prinsipielt. Fig. 2 viser en ytterligere koblingsanordning til automatisk forvrengningskorreksjon av et signal, likeledes prinsipielt. Fig. 3 viser et første utførelseseksempel på det dempningsledd som forekommer på fig. 1. Fig. 4 viser endel lavpasskarakteristikker for forskjellige ledninger. Fig. 5 viser endel overføringskarakteristikker svarende til lavpasskarakteristikkene på fig. 3. Fig. 6 viser et utførelseseksempel på koblingsanordningen ifølge fig. 1, hvor der benyttes flere dioder som likeretterelementer. Fig. 7 viser enda et utførelseseksempel på koblingsanordningen på fig. 1, hvor der anvendes flere transistorer som likeretterelementer . Fig. 8 er et prinsippskjerna for en koblingsanordning til for-vrengningskorreks jon av et signal som ble overført over en ledning med særlig ikke-lineær lavpasskarakteristikk. Fig. 9 viser et par forsterkerkarakteristikker som gjelder virkemåten av koblingsanordningen på fig. 8. Fig. 10 er et prinsippskjerna for en koblingsanordning til forvrengningskorreksjon av et signal som ble overført over en ledning med kvadratisk tiltagende lavpasskarakteristikk. Fig. 11 viser forsterkerkarakteristikker som gjelder virkemåten av koblingsanordningen på fig. 10, og

fig. 12 viser et utførelseseksempel på den spenningskilde som er vist skjematisk på fig. 6 og 7.

Fig. 1 viser en koblingsanordning til forvrengningskorreksjon av et signal Se som tilføres inngangen. Det skal antas at dette signal Se har vært overført over en ledning med lavpasskarakteristikk. Den viste koblingsanordning består av korreksjonsleddet ENTZ, reguleringsforsterkeren RV og spenningskilden SP. Via reguleringsforsterkerens utgang avgis det korrigerte signal Sa.

I en første gren ZW1 av forvrengningskorreksjonsleddet sitter høypassfilteret HP1 og dempningsleddet DG1 i serie. Karakteri-stikken for høypassfilteret HP1 blir ikke forandret, mens karak-teristikken for dempningsleddet DG1 påvirkes ved hjelp av signalet U. I en annen gren ZW2 sitter topolen ZP, som har en på forhånd gitt frekvenskarakteristikk. Ved denne topol ZP kan det f.eks. dreie seg om en ohmsk motstand. Denne topols frekvenskarakteristikk blir imidlertid ikke påvirket med signalet U. Første og<L >annen gren munner ut i summeringsleddet SM, som avgir sumsignalet Su.

Reguleringsforsterkeren RV inneholder dempningsleddet DG2, hvis dempning reguleres ved hjelp av signalet U, og inneholder dessuten forsterkeren V, hvis forsterkning ikke påvirkes med reguleringssignalet U.

Det korrigerte signal Sa som avgis via utgangen fra forsterkeren V, blir tilført spenningskilden SP, som virker som en likeretter i kombinasjon med et filterledd og frembringer signalet U. De to dempningsledd DG1 og DG2 har like strøm/spenningskarakteristikker, og de dempninger de bevirker, er avhengige av signalet U. Fig. 2 viser en ytterligere koblingsanordning til automatisk forvrengningskorreksjon av et signal hvor signalet Se som skal korrigeres, først tilføres reguleringsforsterken RV og dennes utgang er tilsluttet korreksjonsleddet ENTZ. Det ville prinsipielt også være tenkelig å anordne forsterkeren V i tilslutning til summeringsleddet SM, så det korrigerte signal sa også i tilfellet av fig. 2 ble avgitt av utgangen fra forsterkeren V og tilført spenningskilden SP. I så fall ville utgangen b fra dempningsleddet DG2 være direkte tilsluttet de to grener ZW1 og ZW2. Fig. 3 viser utførelseseksempler på dempningsleddene DG1 og DG2. Inngangen a til dempningsleddene er via motstanden RI til-koblet forbindelsespunktet P4 mellom de to dioder Dl og D2. Spenningskilden SP leverer i avhengighet av det korrigerte signal Sa spenninger henholdsvis -U og +U, så der på de to dioder ligger en spenning 2U. Med denne spenning 2U kan motstandene av de to dioder Dl og D2 endres. Diodene er polarisert i gjennomslipningsretning med hensyn på denne spenning 2U. Middelpotensialet ved inngangen a er lik et på forhånd gitt referansepotensial som foreligger ved koblingspunktet Pl. Spenningene -U og +U ligger symmetrisk med hensyn på referansepotensialet. Et slikt referansepotensial kan f.eks. dannes av gods. Middelpotensialet av det signal som avgis ved utgangen b, er likeledes lik referansepotensialet.

Jo større strømmen gjennom de to dioder Dl og D2 er, jo mer blir det signal som tilføres over inngangen a, dempet. Er nivået av det korrigerte signal Sa lavere enn ønskenivået, er spenningen 2U relativt liten, og det over inngangen a tilførte signal blir bare relativt lite dempet. Forutsettes en lang ledning og et relativt lavt nivå av signalet Se som skal korrigeres, skal der ved ennå ikke foretatt regulering også antas et relativt lavt nivå av signalet Sa. Spenningskilden SP avgir under denne forutsetning en relativt liten spenning 2U, så strømmen gjennom de to dioder blir relativt svak og den bevirkede dempning liten. Høypass-filteret HP1 kommer fullt til virkning, siden dempningsleddet DG1 bare i relativt liten grad demper høypassfilterets utgangssignal. Også forsterkeren V kommer fullt til virkning, siden sumpotensialet Su bare dempes lite av dempningsleddet DG2. Samtidig blir der ved hjelp av forsterkeren V, spenningskilden SP og dempningsleddet DG2 dannet en reguleringskrets, mens der derimot med forsterkeren V, spenningskilden SP, dempningsleddet DG1 og summeringsleddet SM samt dempningsleddet DG2 dannes en styrekrets. Etter stedfunnen regulering resp. styring ved hjelp av signalet U blir nivået for signalet Sa - sammenlignet med nivået av signalet Se som skal korrigeres - ved høye frekvenser hevet sterkere og ledningens lavpasskarakteristikk motvirket.

I tilfellet av en kort ledning fås et signal Se med relativt høyt nivå, så der før regulering resp. styring kan antas et signal Sa med relativt høyt nivå. Dette signal Sa med relativt høyt nivå bevirker en relativt stor spenning 2U. På denne måte blir dels innflytelsen av høypassfilteret HP1 minsket på grunn av den relativt store dempning i dempningsleddet DG1 og dels også innflytelsen av forsterkeren V minsket på grunn av den relativt store dempning i dempningsleddet DG2. På denne måte blir signalet Se altså ved korte ledninger mindre forsterket og lavpasskarakteri-stikken mindre motvirket.

Fig. 4 viser lavpasskarakteristikker for ledninger som signalet Se som skal korrigeres, blir overført over. De to viste kurver refererer seg til lokalkabler med ledningslengde L=5 km resp. L=10 km. Karakteristikkene viser hvorledes dempningen d forholder seg som funksjon av frekvensen f. Dempningen d er svakere ved lave frekvenser enn ved høyere. Det sees også at dempningen d ved en større ledningslengde L=10 er større enn ved en sammenligningsvis mindre ledningslengde L=5. Kurven vedrørende ledningslengden L=5 kan dannes av en proporsjonal andel på ca. 10 db og en lavpassandel på ca. 5 db. I mange tilfeller tiltar dempningen d, reg.net i db, lineært med ledningslengden L. I det viste tilfelle øker den proporsjonale andel ved dobbelt ledningslengde L=10 også med faktoren 2 til verdien d=20 db og lavpass-andelen til en verdi av 10 db.

Koblingsanordningene på fig. 1 og 2 har til oppgave å kompensere forskjeller i nivå betinget ved ledningene såvel som forskjellige lavpasskarakteristikker, slik at nivået av det korrigerte signal Sa i det ideelle tilfelle er lik et konstant ønske-nivå ved alle frekvenser. Prinsipielt måtte koblingsanordningene på fig. 1 og 2 innstilles på en spesiell ledningskarakteristikk. Har man tatt hensyn til den spesielle ledningskarakteristikk, vil koblingsanordninger som vist på fig. 1 og 2 automatisk korrigere forvrengninger ved vilkårlige ledningslengder. I praksis er ledningskarakteristikkene hos ledninger som forekommer vanlig i handelen, langt på. vei like, så det med koblingsanordningene på fig. 1 og 2 i mange praktiske tilfeller er mulig å gjennomføre en automatisk korreksjon ved forskjellige ledninger og vilkårlige ledningslengder. Fig. 5 viser to overføringskarakteristikker ved koblingsanordningen på fig. 1 under forutsetning av ledningskarakteristikker som vist på fig. 4. Abscisseretningen gjelder frekvensen f og ordinatretningen forsterkningen v. Ved lavere frekvenser behøves en mindre forsterkning v enn ved høyere. Ved større ledningslengder må forsterkningen v være større enn ved mindre. Frekvensen fl er bestemt ved grensefrekvensen for høypassfilteret HP1. Fig. 6 viser et utførelseseksempel på koblingsanordningen på fig. 1. Høypassfilteret HP1 dannes av motstanden R2 og kondensatoren Cl. Topolen ZP dannes av motstanden R5. Dempningsleddet DG1 består av motstanden Ril og de to dioder Dll og D12. Summeringsleddet SM dannes av de to motstander R3, R4 og forbindelsespunktet mellom disse. Fig. 7 viser et foretrukket utførelseseksempel på koblingsanordningen på fig. 1. Høypassfilteret dannes av kondensatoren Cl og motstanden R6. Topolen består av motstanden R7. Et dempningsledd dannes av motstanden R6 og de to transistorer Tl og T2. Det annet dempningsledd dannes av de to motstander R7, R8 og de to

transistorer T3 og T4. Summeringsleddet består av motstandene R7, R8 og forbindelsespunktet P5. Det ses uten videre at motstandene R6, R7, R8 fyller flere funksjoner i forbindelse med det beskrevne høypassfilter og i forbindelse med de beskrevne dempningsledd.

Fig. 8 viser en koblingsanordning som er gunstig spesielt når de lavpasskarakteristikker som er vist på fig. 4, ikke lar seg kompensere ved hjelp av et eneste høypassfilter HP1. På fig. 8 er høypassf.ilteret HP2 og dempningsleddet DG11 vist anordnet i serie i en tredje, gren ZW3. Alle dempningsleddene DG1, DG2, DG11 på fig. 8 har langt på vei samme strøm/spenningskarakteristikker og styres med samme signal U. Disse dempningsledd kan f.eks. være realisert med dioder i henhold til fig. 6 eller transistorer i henhold til fig. 7.

Det ville også være tenkelig å anordne grenen ZW3 med høy-passfilteret HP2 og dempningsleddet DG11 parallelt med den gren ZW1 som forekommer på fig. 2.

Fig. 9 viser overføringskarakteristikker for koblingsanordningen på fig. 8 under forutsetning av forskjellige ledningslengder L. Frekvensen fl er fastlagt ved grensefrekvensen for høypassfilteret HP1 og frekvensen f2 ved grensefrekvensen for høypassfilteret HP2.

Det ville prinsipielt også være tenkelig å koble enda flere høypassfiltre og dempningsledd parallelt og/eller serielt og regulere resp. styre dem med ett og samme signal U. Fig. 10 viser en koblingsanordning som egner seg særlig godt dersom vedkommende lednings lavpasskarakteristikk ikke tiltar lineært med ledningslengden. I så fall er det hensiktsmessig i grenen ZW1 å anordne høypassfilteret HP2 og dempningsleddet DG12 i tillegg. Alle dempningsledd blir igjen regulert eller styrt ved hjelp av samme signal U. Høypassfilteret HP2 og dempningsleddet DG12 kunne også være anordnet i serie med det dempningsledd DGl som er vist på fig. 2. Fig. 11 viser overføringskarakteristikker for koblingsanordningen på fig. 10. Det antas at den proporsjonale andel ved økning av ledningslengden fra L=5 til L=10 blir øket til det dobbelte, likedan som på fig. 4. Videre er det antatt at lav-passandelen ved økning av ledningslengden øker ikke bare med 5 db, men med det tredobbelte, altså 15 db. For å ta hensyn til slike ledningskarakteristikker er koblingsanordningen på fig. 10 utført med overføringskarakteristikker som vist på fig. 11. Det ses at der med en ledningslengde L=5 fås en proporsjonal andel på 10 db og en høypassandel på 5 db. Dessuten ser man at der ved en ledningslengde L=10 fås en proporsjonal andel på 20 db og en høy-passandel på 15 db.

Fig. 12 viser et utførelseseksempel på den spenningskilde SP som forekommer på fig. 3, 6 og 7. De to operasjonsforsterkere OPI og 0P2 har hver sin ikke-inverterende kanal hvis innganger er markert med et plusstegn, og har hver sin inverterende kanal hvis innganger er markert med et minustegn. Det korrigerte signal Sa blir via dioden D3 tilført det ene belegg på kondensatoren C2. Parallelt med denne kondensator C2 ligger motstanden R21. Utgangen fra operasjonsforsterkeren OPI er dels tilsluttet den inverterende kanal hos operasjonsforsterkeren OPI og dels via motstanden R22 tilsluttet inngangen til den inverterende kanal hos operasjonsforsterkeren OP2. Den ikke-inverterende kanal hos operasjonsforsterkeren OP2 er via koblingspunktet Pl tilsluttet et koblingspunkt med konstant referansepotensial.

Claims (5)

1. Koblingsanordning til automatisk forvrengningskorreksjon av et signal (SE) som ble overført over en ledning med lavpasskarakteristikk og tilføres et korreksjonsledd (ENTZ) med regulerbart høypassfilter, og en dermed seriekoblet reguleringsfor-sterker (RV), karakterisert ved den samtidige anvendelse av følgende særtrekk: A) Korreksjonsleddet (ENTZ) inneholder i en første gren (ZW1) et høypassfilter (HP1) med på forhånd gitt frekvenskarakteristikk og et dermed seriekoblet første dempningsledd (DG) og inneholder i en annen gren (ZW2) en topol (ZP) med på forhånd gitt frekvenskarakteristikk; signalene fra de to grener blir summert, i et summeringsledd (SM) . B) Reguleringsforsterkeren (RV) består av et annet dempningsledd (DG2) og en seriekoblet forsterker (V) som bevirker en på forhånd gitt forsterkning. C) Første og annet dempningsledds (DGl, DG2) strøm/spennings-karakteristikker er langt på vei like, og deres dempning avhenger av et signal (U) avledet fra det korrigerte signal (Sa) ved likeretting og glatting (fig. 1,2).

2. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at første dempningsledd (DGl) og annet dempningsledd (DG2) dannes av to og to likeretterelementer (dioder Dll, D12 resp. D21, D22, transistorer Tl, T2 resp. T3, T4), at de elektroder som vender bort fra forbindelsespunktet mellom de to likeretterelementer, er tilsluttet poler på en spenningskilde (SP), hvis potensialer er symmetriske med hensyn på et referansepotensial, og ved hvilke der opptrer en spenningsdifferanse som avhenger av det korrigerte signal (Sa), og at de to likeretterelementer er polarisert i gjennomslipningsretning med hensyn på spenningskilden (SP) (fig. 6 og 7).

3. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at der parallelt med den annen gren (ZW2) er anordnet en tredje gren (ZW3) hvori der er anordnet et ytterligere høypassfilter (HP2) med på forhånd gitt frekvenskarakteristikk i serie med et ytterligere dempningsledd (DG11), at den tredje gren (ZW3) er tilsluttet summeringsleddet (SM)f som summerer de via første, annet og tredje gren overførte signaler, og at tredje dempningsledds (DG3) strøm/spenningskarakteristikk langt på vei er lik første og annet dempningsledds (DGl, DG2) st.røm/spennings-karakteristikker og dets dempning er avhengig av det signal (U) som avledes fra det korrigerte signal (Sa) (fig. 8).

4. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at der i første gren (ZW1) i serie med høypass-filteret (HP1) og med første dempningsledd (DGl) er anordnet et ekstra høypassfilter (HP2) og et ekstra dempningsledd (DG12), og at det ekstra dempningsledds (DG12) strøm/spenningskarakteristikk langt på vei er lik første dempningsledds (DGl) strøm/spennings-karakteristikk og styres med det signal (U) som avledes fra det korrigerte signal (Sa) ved likeretting og glatting (fig. 10).

5. Koblingsanordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at spenningskilden dannes av en første og en annen operasjonsforsterker (OPI, 0P2), et ytterligere likeretterelement (D3), en kondensator (C2) og en første, en annen og en tredje motstand (R21, R22, R23), at det korrigerte signal (Sa) via det ytterligere likeretterelement (D3) tilføres et belegg hos kondensatoren (C2) og en ikke-inverterende inngang til første operasjonsforsterker (OPI), at kondensatorens (C2) annet belegg og den ikke-inverterende kanal hos annen operasjonsforsterker (OP2) er forbundet med et koblingspunkt (Pl) hvor referansepotensialet foreligger, at den første motstand (R21) er koblet parallelt med kondensatoren (C2), at den inverterende kanal hos første operasjonsforsterker (OPI) er tilsluttet utgangen fra denne første operasjonsforsterker (OPI) og en av likeretterelementets (Dll, D21 resp. Tl, T3) elektroder, at utgangen fra første operasjonsforsterker (OPI) via en annen motstand (R22) er tilsluttet inngangen til den inverterende kanal hos annen operasjonsforsterker (0P2) og derfra via den tredje motstand (R23) er tilsluttet utgangen fra annen operasjonsforsterker (OP2), og at annen operasjonsforsterkers (OP3) utgang er tilsluttet elektroden hos det annet likeretterelement (D12, D22 resp. T2, T4) (fig. 6, 7, 12).