CH675040A5 - - Google Patents

Description

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CH 675 040 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung eines Analogsignals gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruches, sowie einen Stromkreis zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gemäss dem Oberbegriff des dritten Anspruches.

Herkömmliche Verstärkungsregelungen werden abhängig z.B, vom Mittelwert, Effektivwert oder Spitzenwert des Eingangssignals durchgeführt und können mit Stromkreisen ausgestattet werden, die allein aus Analogstromkreisgeräten, aus Analog-und Digitalstromkreisgeräten oder nur aus Digitalstromkreisgeräten bestehen. Jedoch sind unabhängig von der Art des Stromkreises Stromkreisgeräte enthalten, die einen einzigen bezeichnenden Parameter des einzustellenden Eingangssignals, wie beispielsweise des Mittelwertes, des Effektivwertes oder des Spitzenwertes enthalten.

Bei Verwendungen, in welchen die Weiterverarbeitung des Verstärkungsregelungssignals nach Digitalart, beispielsweise in einer Mikroprozessorvorrichtung erfolgt, besteht ein Problem darin, ein Analogsignai mit einem grossen dynamischen Bereich durch eine vorbestimmte Digitalwortlänge zu verarbeiten. Das in einer Weise, beispielsweise in einer Mikroprozessorvorrichtung zu verarbeitende Analogsignal, kann z.B. in einem erforderlichen, engen Frequenzbereich liegen und eine verlangte Wellenform aufweisen, deren dynamischer Bereich variiert. In bestimmten Situationen kann dieses Signal ferner ein unerwünschtes, überlagertes Signal aufweisen, das beispielsweise von Interferenzquellen herrührt und dessen Amplitude höher ist als das verlangte Signal. Dieses unerwünschte Signal ist deshalb in der Lage, die Empfindlichkeit der automatischen Verstärkungsregelung zu reduzieren, so dass es nützlich ist, dieses unerwünschte Signal zu entfernen, bevor die Verstärkungsregelung durchgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, zusammen mit einem erwünschten Analogsignal, das in Digitalmodus umgewandelt wird, sowie mit einer Frequenz innerhalb eines voreingestellten engen Frequenzbereiches und eines variierenden Signalpegels, einen erhöhten dynamischen Bereich mit einer vorgesetzten Digitalwortlänge zu erzeugen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die Merkmale der Kennzeichnungsteile der Ansprüche 1 und 3 gelöst, die jeweils ein Verfahren zur Verstärkungsregelung eines elektrischen Analogsignals sowie ein Stromkreis zur Durchführung des Verfahrens beschreiben.

Im Anspruch 2 ist ein spezielles Verfahren beschrieben. Falls der Signalpegel während der Zunahme den oberen Grenzwert G2 überschreitet, wird das Signal so lange schrittweise abgeschwächt, bis der höchste Amplitudenwert unter G2 liegt. Wenn dagegen der Signalpegel unter dem unteren Grenzwert Gì sinkt, wird das Signal so lange schrittweise verstärkt, bis der höchste Amplitudenwert Gì übersteigt. Dadurch wird erreicht, dass der dynamische Bereich des verstärkungsgesteuerten

Signals an eine vorgegebene Digitalwortlänge ange-passt wird, so dass es keine Überlast oder sonstige Sprungstellen im Betrieb im nachfolgenden Verarbeitungskreis verursacht.

Durch die spezielle Auslegung des automatischen verstärkungsgeregelten Stromkreises kann die Verstärkung des analogen Eingangssignals, in Abhängigkeit von der vorgegebenen Erwartung der temporären Sequenz des Eingangssignals, einer sogenannten festen Intelligenz angepasst werden. Ferner kann der Mikroprozessor die Verstärkung, in Abhängigkeit von der eigenen Erfahrung der temporären Sequenz des Eingangssignals, einer sogenannten adaptiven Intelligence angepasst werden. Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand eines Stromkreises näher erläutert, der eine automatische Verstärkungsregelung gemäss dem vorliegenden Verfahren zeigt.

In der Zeichnung wird ein Analogsignal Vi einem Analogverstärker 1 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor schrittweise durch ein digitales Steuersignal Vs einstellbar ist, das dem Verstärkungssteuereingang des Analogsignalverstärker 1 zugeleitet wird. Ein verstärktes Analogsignal wird vom Ausgang des Analogverstärkers 1 zum Eingang des Analog/Digital-Umwandlers 2 geleitet. Dieser Um-wandler nimmt stichprobenweise verstärkte Analogsignale und erzeugt am Ausgang eine Digitalsignal-Darstellung des Eingangssignals Vi, einschliesslich Amplitudenwerte des verstärkten Analogsignals zu aufeinanderfolgenden Stichprobenzeiten.

Das analoge Eingangssignal Vi ist ein Signal mit variierendem Signalpegel, der nach der Verstärkung im automatischen Verstärkungsregelkreis jeweils innerhalb einer festgelegten oberen und unteren Grenze sein muss, die jeweils mit G2 und Gì bezeichnet werden. In einer grossen Anzahl von Fällen liegt das Signal innerhalb von einem festgelegten, engen Grenzbereich, wobei aber die Erfindung nicht auf einen engen Frequenzbereich begrenzt sein muss.

Die Digitalsignal-Darstellung wird dem Dateneingang an einem herkömmlichen Mikroprozessorgerät 3 zugeführt, wobei die Digitalsignal-Darstellung an Speicherstellen in einem Speichergerät im Mikroprozessor 3 gespeichert werden. Die Stichproben-nahme und die Speicherung des Signals findet in einer sogenannten Messperiode statt, welche einer gegebenen Anzahl von Signalperioden entspricht. Nach der Messperiode kommt eine Einstellperiode von einer vorbestimmten Dauer, in welcher das Signal verstärkergeregelt ist, sofern erforderlich, wobei aber keine Stichproben und Speicherung des Signals während dieser Periode stattfindet. Nach der Einstellperiode folgt eine Messperiode, in welcher Stichproben des Signals wieder durchgeführt werden, und nach dieser Periode kommt eine Einstellperiode usw., so dass eine Messperiode und eine Einstellperiode abwechseln. Diese Teilung kann beispielsweise von einem Synchronisationssignal geregelt werden, kann aber auch in anderer Weise durchgeführt werden. Die kontinuierliche Einstellung der Signalamplitude wird somit nicht in gleicher

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Weise, wie bei herkömmlichen Ausführungen von automatischen Verstärkungsregelungen mit Analokstromkreisgeräten durchgeführt, in welchen die Verstärkungsregelung z.B. abhängig von einem Mittelwert, einem Effektivwert oder Spitzenwert des Eingangssignals durchgeführt wird, wobei die Einstellung auf festgelegte Perioden, d.+i. auf die genannten Einstellperioden, begrenzt ist.

Während der Messperioden verarbeitet das Mikroprozessorgerät 3 die Digitalsignal-Darstellung, welche im Speicher in Übereinstimmung mit dem gespeicherten Programm gespeichert ist, und liefert -während einer nachfolgenden Einstellperiode, die nicht notwendigerweise diejenige sein muss, welche unmittelbar auf die Messperiode folgt, sondern eine willkürliche Einstellperiode nach einer Messperiode sein kann - ein Digitalregelsignal Vs zum Verstärkungsregeleingang des digitalgeregelten Verstärkers entsprechend diesem Programm. Das Digitalregelsignal Vs steuert die Verstärkung des Verstärkers 1 schrittweise.

Die vom Mikroprozessorgerät 3 durchgeführte Verarbeitung des empfangenen und gespeicherten Signals kann aus einem Vergleich der im Speichergerät gespeicherten Digitalsignal-Darstellung mit einem oberen Grenzwert G2 und einem unteren Grenzwert Gì bestehen, die jeweils in das Mikroprozessorgerät 3 eincodiert wurde, wobei die beiden Grenzwerte auf den Signaleingang Bezug nehmen.

Falls das Mikroprozessorgerät 3 während der Messperiode feststellt, dass der Signalpegel zunimmt, werden die Amplitudenwerte der gespeicherten Digitalsignal-Darstellung mit dem oberen Grenzwert G2 verglichen, und falls der höchste Wert der Amplitudenwerte den obersten Grenzwert G2 übersteigt, emittiert das Mikroprozessorgerät 3 ein Digitalregelsignal Vs zum Verstärkungsregeleingang des digital geregelten Verstärkers 1 mit einem solchen Wert, dass die Verstärkung schrittweise in einer Richtung eingestellt wird, die das Signal V2 abschwächt. Die stufenweise Einstellung des Verstärkers 1 geht so lange weiter, bis der höchste Amplitudenwert des Signals tiefer liegt als G2. Falls das Mikroprozessorgerät 3 während der Messperiode feststellt, dass der Signalpegel abnimmt, werden die Amplitudenwerte der gespeicherten Digitalsignal-Darstellung mit dem unteren Grenzwert Gì verglichen, und falls der höchste Amplitudenwert unter den unteren Grenzwert Gì sinkt, emittiert das Mikroprozessorgerät 3 ein Digitalregelsignal Vs zum Verstärkungsregeleingang des digital geregelten Verstärkers 1 von einem solchen Wert, dass die Verstärkung schrittweise in eine Richtung eingestellt wird, die das Signal V2 verstärkt. Diese schrittweise Einstellung des Verstärkers geht so lange weiter, bis der obere Amplitudenwert des Signals über Gì liegt. Dies bedeutet, dass eine Einstellung des Signals durchgeführt wird, sofern der höchste Amplitudenwert des zunehmenden Signalpegels den oberen Grenzwert G2 übersteigt oder der höchste Amplitudenwert eines abnehmenden Signalpegels unter dem unteren Grenzwert Gi sinkt. Wenn beispielsweise der höchste Amplitudenwert eines abnehmenden Signalpegels unter den oberen Grenzwert G2 sinkt, findet keine Anpassung oder Einstellung statt. Das vorangehend beschriebene Verfahren führt dazu, dass der höchste Amplitudewert des eingestellten Signals (Ausgangssignal V2) immer zwischen dem unteren Grenzwert Gi und dem oberen Grenzwert G2 zu liegen kommt, so dass der dynamische Bereich des Signals immer an eine vorgegebene Digitalwortlänge angepasst wird, und er somit keine Uberlast oder einen sonstigen unregelmässigen Betrieb in einem nachfolgenden Verarbeitungskreis verursacht. Diese Art der Anpassung entspricht derjenigen der vorangehend erwähnten «festgelegten Intelligenz». Das eingestellte Ausgangssignal V2 kann somit intern für andere Zwecke, z.B. als Regelsignal, verwendet werden. Bei der schrittweisen Einstellung der Verstärkung des digital geregelten Verstärkers 1 während der Einstellungsperiode, sind Verzerrungen des Ausgangssignals V2 in Verbindung mit der Einstellung auf diejenigen Perioden begrenzt, die bereits bekannt sind.

Die vom Mikroprozessorgerät 3 durchgeführte Verarbeitung des empfangenen und gespeicherten Signals kann auch aus einer Berechnung, beispielsweise der Frequenz des Eingangssignals Vi und einer nachfolgenden Einstellung der Basis dieses Frequenzwertes bestehen, wie nachfolgend erläutert. Wenn z.B. ein unerwünschtes Signal (ein Interferenzsignal) auftritt, das dem verlangten Eingangssignal überlagert ist, und dessen Amplitude höher ist als das verlangte Eingangssignal, wird dieses unerwünschte Signal deshalb die Sensitivität der automatischen Verstärkungsregelung reduzieren, weil die Amplitude des unerwünschten Signals höher ist als diejenige des erwünschten Eingangssignals, so dass die Einstellung in Abhängigkeit von der höheren Amplitude dieses unerwünschten Signals durchgeführt wird. Dies kann dadurch vermieden werden, dass das Mikroprozessorgerät 3 während der Messperiode die Digitalsignal-Darstel-lung des gesamten Signals - d.h. sowohl des unerwünschten als auch des erwünschten Signals - analysiert, die in den Speicherstellen des Speichergerätes gespeichert sind, und zwar auf der Basis der in obiger Art erhaltenen Kenntnis der Eingangssignalfrequenz, d.h., dass auf Grund des Eingangs-signals, die Frequenz des unerwünschten Signals bestimmt wird, und sofern diese von derjenigen des erwünschten Eingangssignals abweicht, werden die Speicherstellen des unerwünschten Signals im Speichergerät ausgelassen, wonach die Einstellung des Eingangssignals in der obengenannten Weise stattfindet. Somit wird vermieden, dass die automatische Verstärkungsregelungs-Sensitivität infolge eines starken Interferenzsignals reduziert wird. Dieses Einstellverfahren entspricht der obengenannten «anpassbaren Intelligenz».

Dieses Einstellverfahren kann derart entwickelt werden, dass die Einstellung beispielsweise in Abhängigkeit von der Amplitude, der Frequenz und der Phase stattfindet, das heisst von willkürlich komplizierten Funktionen des Eingangssignals abhängt.

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Obschon dies nicht in der Zeichnung gezeigt ist, werden die für den Betrieb des Stromkreises sowie für die Leistung und die Spannungspegel erforderlichen Synchronisierungssignale jedem einzelnen Stromkreisgerät des automatischen Verstärkungsregelungsstromkreises zugeführt.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung eines elektrischen Analogsignals, bei welchem Verfahren das Analogsignal abhängig von einem Steuersignal verstärkt, während einer Messperiode das verstärkte Analogsignal in eine Digitalsignaldarstellung mit zu aufeinanderfolgenden Stichprobenzeiten ermittelten Amplitudenwerten des verstärkten Analogsignals umgewandelt, und die Digitalsignaldarstellung gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne der zu den aufeinanderfolgenden Stichprobenzeiten ermittelten Amplitudenwerte während der Messperiode mit einem oberen Grenzwert verglichen wird, wenn der Signalpegel zunimmt, und mit einem niederen Grenzwert verglichen wird, wenn der Signalpegel abnimmt, und falls die höchsten Amplitudenwerte den oberen Grenzwert überschreiten oder unter den unteren Grenzwert sinken, das Steuersignal während einer Anpassungsperiode nach der Messperiode mit einem derartigen Wert erzeugt wird, dass sich die Signalamplitude unter dem oberen Grenzwert und über dem unteren Grenzwert befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektrische Analogsignal ein erstes elektrisches Analogsignal, dessen Verstärkung zu regeln ist, sowie ein zweites unerwünschtes, elektrisches Analogsignal einschliesst, dessen Amplitude höher ist als diejenige des ersten Analogsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des ersten Analogsignals auf der Basis der vorangehend gespeicherten Werte der Digitalsignal-Darstellung des ersten Ana-logs'rgnals berechnet wird, wobei die Frequenz des zweiten Analogsignals auf der Basis der gespeicherten Werte der digitalen Summendarstellung des ersten und des zweiten Analogsignals berechnet wird, und wobei die gespeicherten Werte des zweiten Analogsignals gelöscht werden, sofern die Frequenz des zweiten Analogsignals von derjenigen des ersten Analogsignals abweicht, wonach die automatische Verstärkungsregelung gemäss dem Kennzeichnungsteil des ersten Patentanspruches stattfindet.

3. Stromkreis zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 oder 2, der folgendes aufweist:

a) einen Analogsignalverstärker (1 ) mit einem Eingang zum Empfang eines Analogsignals (Vi), einen Ausgang und einen Digitalverstärkungs-Steuereingang zum Empfang eines Digitalver-stärkungssignals (Vs), das die Verstärkung des Analogsignalverstärkers schrittweise steuert, und b) einen Analog-Digital-Umsetzer (2) mit einen Eingang, der am Ausgang des analogen Signalverstärkers angeschlossen ist, sowie mit einem Ausgang, an welchem eine Digitalsignal-Darstellung des Analogsignals erzeugt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass er ein Mikroprozessorgerät (3) mit einem Dateneingang, der am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers angeschlossen ist, einen ersten Ausgang, der am Digital-verstärkungssteuereingang des Analogsignalverstärkers zur Erzeugung des Digitalverstärkungs-steuersignals angeschlossen ist, und einen zweiten Ausgang aufweist, an dem ein einstellbares Ausgangssignal (V2) emittiert wird.

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