SE438395B - Kopplingsanordning for utvinnande av en mot pulstetheten hos en pulsfoljd proportionell styrspenning for styrning av steghojden i adaptiva deltamoduleringssystem - Google Patents

Description

"79ó7š22+2 10 15 20 25 30 35 formatorn IW kommande bipolära pulserna med konstant amplitud.

Dessa med avseende på sin höjd påverkade oulser tillförs till en integrator I, på vars utgång den rekonstruerade signal g uppträder, som i differenssteget Di jämförs med den analoga ingångssignalen w. nu _i Det integrerande nätet IN är i sin enklaste form utfört såsom en RC-lågpasslänk. Tidkonstanten hos denna RC-länk bör dimensioneras i motsvarighet till egenskaperna hos den analoga ingångssignalen w. Sålunda utgår man vid överföring av talsig- naler från den egenskapen hos talsignalen, att för varaktigheten av en talad stavelse amplituden hos enveloppkurvan förblir nära nog konstantl Under denna tid bör sålunda kvantiseringssteget endast ändras obetydligt. Utgående från dessa krav erhålles för RC-länkens tidkonstant ett värde av några millisekunder. En kondensator för realisering av en sådan tidkonstant måste upp- visa en hög kapacitans, varför den blir ohanterlig och icke kan tillverkas i integrerad kretstekník.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för utvinning av styrspänningen Us ur den från logíkutrustningen av- givna pulsföljden, vilken anordning icke erfordrar någon kon- densator och med vilken samma egenskaper kan uppnås som med in- tegrerande nät, vilka är uppbyggda av en RC-lâgpasslänk.

Kopplingsanordningen enligt uppfinningen kännetecknas främst därav, att denna pulsföljd styr en upp-räkneingång hos en räk- nare, _ att utgången hos räknarens n steg är förbundna med in- gångarna hos en digital/analog-omvandlare, som omvandlar varje räknarställning till ett värde av styrspänningen, att en ackumulator är anordnad, vilken består av en n- -stegig parallelladderare för addition av två binära n-positions- -tal samt av ett klockstyrt minne för n bitar, att utgångarna hos räknarens n steg är förbundna med de ingångar hos parallelladderaren,-som är anordnade för det första binära talets n positioner, att minnets n utgångar är_förbundna med de ingångar hos parallelladderaren, som är anordnade för det andra binära ta- lets n positioner. 10 15 20 25 30 .och en ackumulator A. Den på utgången från den i fig. ?9ovs22-2 Uppfinningen ågmmer att beskrivas närmare i det följande med hjälp av flera/bifogade ritningar åskådliggjorda utförings- exempel. Utöver den nämnda fig. l ingår på ritningarna fig. 2 som visar en anordning för klarläggning av grundprincipen för uppfinningen,fig. 3 som visar anordningen enligt fig. 2ii sam- band med en deltamoduleringssändare, fig. H som visar en anord- ning enligt fig. 2, vid vilken tidkonstanten är beroende av räknarställningen, fig. 5 som visar ett speciellt exempel på en anordning enligt fig. Ä och fig. 6 som visar ett utförings- exempel på anordningen enligt fig. 2, vid vilket en överfyllning av räknaren undviks. ' Anordningen enligt fig. 2 består av en upp/ner-räknare Z 2 icke vi- sade logikutrustningen LE uppträdande pulsföljden tillförs till upp-räkneingången V på räknaren Z, varvid varje puls framstegar räknaren ett steg. Denna värdering av ingången V är i fig. 2 mar- kerad med +l. Råknaren Z är försedd med ett antal n utgångar, vilka i motsvarighet till deras vikter är betecknade med l,2,... n. Var och en av dessa n utgångar, på vilka räknarställningen upp- träder i binår form, är förbunden med en ingång av samma vikt på ackumulatorn A. Ackumulatorn A består av en n-stegs parallellad- derare och ett minne för n bitar. Med undantag av steget med den lägsta vikten (steget 1) är samtliga steg (steg 2...steg n) hos paralleladderaren utförda såsom heladderare.Eftersom steget 1 icke mottager någon överföringssíffra, är detta endast utfört såsom halvadderare. En halv- respektive heladderare har en ingång a och en ingång b,varvid på den första ingången binärinformationen hos en bestämd position i ett första_binårtal och på den andra in- gången binärinformationen hos en motsvarande position i ett andra binärtal påtrycks. Ingångarna a bildar ackumulatorns A ingångar.

Till dessa tillförs,såsom beskrivits, räknarställningen z i parallellform. Varje cell i minnet är tillordnad en bestämd vikt, varvid varje utgång på parallelladderaren är förbunden med ingången på minnescellen med samma vikt och varje utgång på minnet är för- 10 20 _25 30 35 40 '7907522-2 bunden med b-ingången på adderarsteget med samma vikt hos paral- lelladderaren. Vid varje klockpuls hos den på.minnet påtryckta klocksígnalen utförs en addition av den momentana räknarställningen z och det innehåll hos minnet, som förelåg efter den föregående klockpulsen. Detta additionsförfarande förorsakar i beroende av räknarställningens z storlek en överföringssiffra-hos adderaren efter ett bestämt antal klockpulser, varvid adderarsteget med den R högsta vikten avger en puls. Av detta arbetssätt framgår att den utgång A2 på ackumulatorn A, som utgörs av utgången från adderar- steget med den högsta vikten, per tidsenhet avger ett antal pulser, som är proportíonellt mot räknarens Z ställning. Var och en av dessa pulser inverkar på räknarens Z ingång R och återställer räk- naren ett steg. I motsvarighet till denna värdering är i fig. 2 i denna ingång R markerad med -I. Ackumulatoringången-A1 utgör an- 15 slutningspunkt för den till minnet tillförda klocksignalen.

Vid praktiska utföringsexempel är en styrlogikkrets inkopplad' före de båda.räkneingångarna V och R på räknaren Z. De anländande upp- respektive ner-räknepulserna kopplar därvid icke omedelbart räknaren till nästa högre eller lägre tillstånd, utan preparerar denna styrlogikkrets. Vidarekopplíngen av den synkront arbetande räknaren Z sker därefter med nästa puls hos en på räknaren pâtryckt klocksignal. Genom denna för fackmannen konventionella åtgärd för- blir räknaren Z opåverkad, om på räkneingångarna V och R pulser uppträder samtidigt. För enkelhets skull antages dock i följande beskrivning att räknepulserna uppträder direkt på räkneingångarna V och R och omedelbart vidarekopplar räknaren Z. _ " I det följande kallas de på upp-räkneingången (Y) på räknaren (Z) uppträdande pulserna för íngångspulser. De på ner-räkneíngången (R) uppträdande, från ackumulatorutgången A2 avgivna pulserna kal- las för överföringspulser. Om antalet per tidsenhet inkommande in- -till dess att antalet per tidsenhet inkommande överföringspulser blir lika med detta antal per tidsenhet inkommande íngângspulser. Om antalet per tidsenhet inkommande ingångspulser-plötsligt sjunker, minskar räknarställningen till dess att ånyo likhet råder mellan antalet per tidsenhet uppträdande ingångs- och överföringspulser. Vid detta stationära tillstånd utgör räknarställningen ett mått på det antal pulser, som per tídsenhet förekommer i ingångsrulsföljden. Den *önskade styrspänningen Us kan uttagas på en i fíg. 2 icke visad digital-analogomvandlare DAU, vars ingångar är förbundna med gångspulser plötsligt stiger, ökar räknarställningen z 10 15 20 25 30 35 _räknarställningen 7907522'2 räknarens Z utgångar.

I det följande kommer kortfattat insvängningsförhållandet för den i fig. 2 visade anordningen att beskrivas. Därvid beteck- nas ingångspulsernas repetítionsfrekvens med f och överförings- pulsernas repetitíonsfrekvens med r. Betraktas ett mycket kort tidsavsnitt Åšt, varvid ¿3t>>l/f respektive gg >>1/r, så uppträ- der under detta tidsavsnitt ett antal av f-¿§t íngångspulser och r-¿§t överföringspulser. Vid statíonärt tillstånd ändrar sig icke räknarställningen z under tidsavsnittet Q; och följande samband gäller: if-Au - r-An = 0 _ (I) "Det_antages nu att ingångspulsernas frekvens under detta stationä- ra tillstánd plötsligt ökar. Det under tídsavsnittet gp uppträ- dande tillskottet ¿§z till räknarställningen z med den under detta tidsavsnitt uppträdande skillnaden mellan in- är därvid lika gångs- och överföringspulser: Am = f-¿¶-- rfßfl (2) Eftersom överföringspulsernas frekvens r är proportionell mot z, gäller sambandet r = k'z, varvid k är en konstant. För sambandet (2) gäller därvid: Az=f-At-k-z-At (3) Skrívs detta såsom differentialsamband erbålles ur sambandet (3) följande: _ 'v = dz/dt Jf - k-z = k (f/'k - z) (4) En lösning av denna ekvation ger följande tidsfunktionzi z = % - f - (1 - e_t'k) + z - e_t'k 0 (5) Denna tidsfunktion (5) beskriver räknarställningens z när i stationärt tillstånd hos den ifrågavarande anordningen en plötslig ändring av ingångspulsernas repetitionsfrekvens sker. förlopp, Därvid är :O räknarställningens begynnelsevärde och värdet 1/R 'anordningens tidkonstant. Det genom sambandet (5) beskrivna expo- nentíella förloppet motsvarar det för en RC-lågpasslänk.

I fig. 3 visas en deltamoduleringssändare enligt fig. I, hos I vilken såsom integrerande nät IN en anordning enligt fig. 2 ut- _nyttjas.

Den i denna deltamoduleringssändare använda logikutrust- 10 15 20 _25 30 35 40 790-7522-2 6 ningen LE är försedd med ett skíftregister SR med företrädesvis tre steg. I detta skiftregister SR inskiftas med samplingsfrekven- sen fa den från komparatorn S avgivna signalen. Utgångarna på samt- liga steg hos skíftregistret SR är förbundna med ingångarna på en koincidensgrind G, vars utgång endast avger en puls, om på samtli- ga ingångar antingen det ena eller det andra binärtillståndet fö- religger: Koincídensgrindens G utgång utgör logikutrustningens LE utgång. De på denna utgång uppträdande pulserna motsvarar ingångs- pulserna för anordningen enligt fig. 2, vilken bildar det digitalt utförda integrerande nätet IN och är kopplad efter logikutrust- ningen LE. den tidsmässiga anhopningen av dessa íngångspulser ut- gör ett mått på lutningen hos den på deltamoduleringssändarens in- gång påtryckta analoga ingångssignalen w. På utgången hos den di- gítal-analogomvandlare DAU, som erháller sin digitalinformation från räknarutgångarna, kan styrspänningen Us uttagas. Denna styr- spänning Us är proportionell not ingångspulsernas tidsmässiga an- hopníng. Styrspänningen Us tillförs via adderarsteget Ad till mul- tiplikatorns M ingång M2 och påverkar där steghöjden.

För att det integrerande nätet IN ännu bättre skall anpassas till egenskaperna hos en överförd talsígnal är det ändamålsenligt att vid ökande utstyrning med hjälp av denna signal ändra tidkon- stanten T hos det integrerande nätet IN till mindre värden. Ett dylikt förhållande kan vid ett analogt arbetande nät IN exempelvis uppnås med en av en diod D och en kondensator C bestående paral- lellkoppling, till vilken de från logikutrustningens LE utgång av- givna strömpulserna tillförs. Denna åtgärd beskrivs i den tyska gutläggningsskriften Z 341 381. Värdet på tidkonstanten T hos denna parallellkopplíng kan därvid beräknas ur sambandet T = R~ ' C, där RIU som denna resistans RN med ökande utstyrning minskar enligt en exponentialfunktion, minskar även värdet på tidkonstanten T med är diodens D differentiella resistans i ledriktningen. Efter- ökande utstyrning.

Den i fig. Z visade anordningen har en tidkonstant, vars värde erhålles enligt sambandet (5) såsom T = I/k. Detta värde gäller inom anordningens hela_utstyrningsområde, dvs till räknarens Z max- imala räknarställning. I fig. 4 visas en särskilt fördelaktig vi- dareutveckling av anordníngen enligt fig. 2, hos vilken tidkonstan- ten T på det beskrivna sättet är beroende av utstyrningen eller av räknarställningen. Vid denna anordning är ett logiknät N anordnat, med vars hjälp i beroende av högre värden på räknarställningen z 10 15 20 .Z5 30 35 7 790vs22~2 den högre värdering sker av räkneingångarna V och R på räknaren Z.

Denna högre värdering sker vid föreliggande utföringsexempel genom att i beroende av de områden, i vilka räknarställningen är inde- lad, de låga vikter uppvisande stegen 1, 2, ... hos räknaren Z och ackumulatorn A frånkopplas för räkneförloppet. Räknepulserna inverkar därvid-på avpassade ingångar på den resterande räkneked- jan. Utgångarna på de för räkneförloppet frånkopplade stegen hos räknaren Z återställs till L-tillståndet, men behåller liksom ut- gångarna på de icke frånkopplade stegen den ursprungiga positions- vikten med avseende på räknarställningen g. Likaså behåller samt- liga ingångarpå ackumulatorn A sina ursprungliga vikter. Utgångar- na på de frånkopplade stegen hos räknaren Z förblir förbundna med de motsvarande ingångarna på ackumulatorn A. Den nödvändiga logi- ken för räknarens Z drift ingår i räknestegen.

I det följande kommer kortfattat den beskrivna åtgärdens in- verkan på tidkonstantens T värde att belysas. Därvid antages att I frånkopplas för räkne- ._ de p stegen med lägsta vikt hos räknaren _ förloppet och att räknepulserna styr den resterande räknekedjan.

Hos denna resterande räknekedja har steget p+I den lägsta vikten.

Detta driftfall är likvärdigt med det fallet att vid den ursprung- liga anordningen både ingångspulsernas frekvens och överförings- pulsernas frekvens uppträder med ZP gånger värdet av det ursprung- liga värdet. För detta fall erhålles därför enligt sambandet (2) följande relation: Aß = ZP- f - A; - ZP- r - A1 (6) Genom omformning av denna relation till en form motsvarande sam- bandet (4) erhålles följande differentialsamband: z'=az/dt=zP-«f-2P-k-z=2P-1<(f/1<-z) (7) En lösning av denna ekvation ger följande tidsfunktion: i _ _ P. s _ . P.

Z=%_f_(1_etz khkzowstzk (s) Denna tidsfunktion (8) motsvarar sambandet (5) med den skillnaden att tidkonstanten icke längre uppvisar värdet 1/k utan värdet I/(ZP-k). Om sålunda hos den ursprungliga anordningen enligt fig. 2 såsom beskrivits räknestegen I ... p hos räknaren Z frånkopplas för räkneförloppet, erhålles en anordning, vars tidkonstant uppvi- sar ett värde som är T/ZP gånger värdet av tidkonstanten hos den ursprungliga anordningen.i 10 15 20 _25 30 35 40 7907522-2 Dessa förhållanden kommer i det följande än en gång att bely- N sas i-anslutning till fig. S och ett enkelt exempel på fallet p = 2. Räknarställningen z är därvid indelad i tre områden rela- terat till den maximala räknarställningen zm. Området I omfattar räknarställningarna 0 ... I/I6'zm, området 2 räknarställningarna 1/l6°zm ... 1/4-zm och området 3 räknarställningarna I/4-zm...:m.

Räknarställningarna z mäts därvid av nätet N. Om räknarställ- ningen z ligger i området I, är båda utgångarna NI och N2 på nätet N i H-tillståndet och OCH-elementen UI, UI' och U2* är öppna för ingångs- och överföringspulserna. Om räknarställningen z lig- ger í området 2, är endast utgången NZ på nätet N i H-tillståndet och utgången NI är i L-tíllståndetl OCH-elementen U1 och U1' spär- rar därför räknepulserna och steget 1 hos räknaren Z, dvs steget med den lägsta vikten, är sålunda frånkopplat från räkneförloppet.

Anordningens tidkonstant har nu endast halva värdet av den ursprung- liga tidkonstanten. Om räknarställningen z ligger i området 3, så är båda utgångarna N1 och NZ på nätet N i L-tillståndet. Därvid är båda OCH-elementenlß och U2' spärrade och stegen I och 2 är frånkopplade från räkneförloppet. Värdet av tídkonstanten hos an- ordningen är nu endast en fjärdedel av det ursprungliga värdet.

Vid de beskrivna anordningarna enligt uppfinningen kan en överfyllning av räknaren Z inträffa, om ingångspulserna över en längre tid uppträder mycket tätt. En möjlighet att förhindra en sådan överfyllning består däri, att höja räknarens Z ordlängd res- pektive stegtal med T i förhållande till ackumulatorns A ordlängd respektive stegtal. Utgången på steget med den högsta vikten hos räknaren Z (steget n+T) vídarekopplas därvid icke till ackumulatorn A utan återkopplas till ner-räkneingången R på räknaren Z. Om på utgången hos detta steg H-tillståndet uppträder, är alla andra ut- gångar på räknaren Z i L-tillståndet (H = "Hög", positiv spänning; L = "Låg", här spänningen 0 volt). Ackumulatorn A kan därvid ej avge några överföringspulser. I fig. 6 visas en dylik anordning, hos vilken överfyllning av räknaren Z undviks. Hos denna anordning är räknaren Z försedd med ett antal n+T utgångar, men ackumnlatorn A är endast försedd med n ingångar. Grindelementen G1-G4 är ut- förda såsom NAND-grindelement. De vid punkten h- uppträdande in- gångspulserna tillförs via grinden G1 och inverteraren J1 till upp-räkneingången V på räknaren Z. Overföringspulserna tillförs via grinden G2 och grinden G4 till ner-räkneingången R på räknaren Z. De på räknarens Z utgång n+T uppträdande pulserna, i det föl- 10 15 20 25 30 9 g 7907522-2 jande kallade spillpulser, tillförs via grindarna G3 och G4 likaså till denna ner-räkneingång RÅ Vid alla dessa fall karakteriseras därvid den ifrågavarande ledningen en förefintlig puls med H-ti1l- ståndet och ingen puls med L-tillståndet. Ingângspulserna tillförs via inverteraren J2 till en ingång på grinden G2 och en ingång på grinden G3. Overföringspulserna tillförs via inverteraren J3 till en andra ingång på grinden GT och spillpulserna tillförs via in- verteraren J4 till en ytterligare ingång på grinden G1. Denna be- skrivna logikkrets har samma funktion som den inledningsvis be- skrivna styrlogikutrustningen.

Grinden GT är öppen för ingångspulserna, om varken överförings- eller spillpulser förefinnes. I detta fall är utgångarna på inver- terarna J3 och J4 i H-tillståndet. Om inga ingångspulser uppträder, är utgången på inverteraren J2 i H-tillståndet. Grinden G2 är där- vid öppen för överföringspulserna och grinden G3 för spillpulserna.

Om ingångs- och överförings- resp. spillpulser samtidigt uppträder, förblir räknaren Z opåverkad. Genom denna åtgärd uppnås att upp- och ner-räknepulser icke ömsesidigt påverkar varandra och att så- lunda ett korrekt arbetssätt för räknaren I säkerställes.

Vid en ytterligare anordning, som är något modifierad i för- hållande till anordningen enligt fig. 6, har räknaren Z likaså n steg såsom ackumulatorn A. Kriteriet för överfyllning av räknaren Z ges därvid icke av ett steg n+T utan av en OCH-krets, vars n ingångar är förbundna med de n utgångarna på räknaren Z. Utgången på denna OCH-krets är på motsvarande sätt som räknarutgången n+I i fíg. 6 förbunden med ingången på inverteraren J4 och med den ifrågavarande ingången på grinden G3. När vid denna anordning den maximala räknarställníngen uppnåtts, är samtliga räknarutgångar I ... n och sålunda även utgången på OCH-kretsen i Hftillståndet. oGrinden GI är därvid spärrad för ingångspulserna och räknaren Z förblir i detta tillstånd, även om en ytterligare ökning av anta- let ingångspulser per tídsenhet äger rum.

Claims (4)

790752242 ID Patentkrav

1. Kopplingsanordning för utvinnande av en mot pulstätheten hos en pulsföljd proportionell styrspänning för styrning av, *l"Hhöjdøn i nduplivn_dnltnmoduleringssystem, k ä n n c t e c kÄ n'a d därav, _ Z att denna pulsföljd styr-en upp-räkneingång (V) hos en räknare (Z), I _ ' att utgången hos räknarens (Z) n steg är förbundna med in- gångarna hos en digital/analog-omvandlare (DAU), som omvandlar varje räknarställning till ett värde av styrspänningen (Us), att en ackumulator CA) är anordnad,_vi1ken består av en n-stegig parallelladderare för addition av två binära n-positions- -tal samt av ett klockstyrt minne för n bitar, att utgångarna hos räknarens (Z) n steg är förbundna med de ingångar hos_para1lelladderaren, som är anordnade för det första bínära talets n positioner, I att minnets n utgångar är förbundna med de ingångar hos paral- lelladderaren, som är anordnade för det andra binära talets n positioner, . att parallelladderarens n utgångar är förbundna med minnets n utgångar, 7 . 7 ' att summan av räknarställning och minnesinnehåll blir mottagen såsom nytt minnesinnehåll i minnet med varje puls hos taktsignalen (A1) för minnet samt , att parallelladderarens överföringspulser är matade till räknarens (Z) ned-räkneingång.

2. Kopplingsanordníng enligt kravet 1, k ä n n'e t e c k ~ n a d därav, " . - att räknepulserna (V,R) för ett eller flera steg med lågt värde hos räknaren (Z) passerar via en till varje steg hörande grindkrets (U1,U1';U2,U2'),- , att en ingång hos varje grindkrets (U1,U1';U2,U2') är för- bunden med en utgång hos ett logiskt nät (N), vars n ingångar är förbundna med utgångarna hos räknarens (Z) n steg, samt att det logiska nätet (N) spärrar grindkretsarna (U1,U1'; U2,U2') vid hög räknarställníng och därmed bortkopplar de till- hörande stegen från räkneförloppet. .

3. Kopplíngsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t elc k- n a d därav, 4 att räknarcns (Z) stegantal med ett steg är större än 79075221 H ackumulatorns (A) stegantal, att utgången hos räknarens (Z) steg med högst värde är för~ bunden med en ingång hos en grind (G1), att pulserna för räknarens (Z) fram-räkneingång passerar via denna grind samt att grinden (G1) är spärrad, när H-tillståndet börjar vid utgången av räknarens (Z) steg med högst värde.

4. Kopplingsanordníng enligt kravet 1,_k ä n n e t e c k- n a d därav, att n ingångar hos en OCH-krets är förbundna med räknarens n utgångar och att denna OCH-krets avger ett kriterium för spärr- ning av de pulser, som styr räknarens upp-räkneingång, när den maximala räknarställningen uppnåtts.