DE2033510C3 - Verfahren zum Codieren analoger Abtastwerte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Codieren analoger Abtastwerte beliebiger Polarität in einem Rückkopplungscodierer unter Verwendung unipolarer Vergleichsspannungen.

In Rückkoppiungscodierern wird bekanntlich jeder Abtastwert eines analogen Signals nacheinander mit kleiner werdenden und in verschiedener Richtung veränderbaren Stufen einer Vergleichsspannung verglichen und damit seine Größe je nach Anzahl der möglichen Stufen mehr oder weniger genau eingegrenzt.

Die Abtastwerte können im allgemeinen und insbesondere, wenn sie einem Sprachsignal entnommen sind, positives oder negatives Potential gegenüber dem üblichen Bezugspotential, d. h. dem Massepotential haben, während die digitalen Codezeichen zunächst unipolar sind. Es kann hier davon abgesehen werden, daß die digitalen Codezeichen vorteilhaft mit stets wechselnder Polarität übertragen werden, denn die dann übertragenen Polaritäten sind unabhängig von der Polarität der Abtastwerte.

Zum Codieren analoger Abtastwerte mit unterschiedlichen Polaritäten sind verschiedene Verfahren bekannt und üblich. Bei einem Vei fahren erhält jeder Abtastwert eine Vorspannung einheitlicher Polarität einer Größe von mindestens gleich dem größten zu erwartenden Abtastwert. Dadurch wird die Bezugsspannung derart verschoben, daß alle Abtastwerte eine einheitliche Polarität erhalten und mit Vergleichsspannungen einheitlicher Polarität verglichen werden können. Einer der Nachteile dieses Verfahrens ergibt sich daraus, daß das ursprüngliche Bezugspotential nicht zuverlässig wiedergewonnen werden kann und an die Genauigkeit und Konstanz der Vorspannung sehr hohe Anforderungen gestellt werden müssen. Denn durch das Verschieben des gesamten Aussteuerbereichs nach einem positiven bzw. negativen Spannungsbereich, erhöht sich der Aussteuerbereich in einer Richtung um das Doppelte. Dies hat zur Folge, daß unter Umständer, mit größeren Betriebsspannungen gerechnet werden muß, und daß es die Bausteine für diesen erhöhten Aussteuerungsbereich entweder gar nicht gibt, oder daß sie nicht mehr linear arbeiten. Diese Einschränkungen sind bei der Auswahl der Bausteine sehr nachteilig.

Gebräuchlicher ist es, zwei einstellbare Vergleichsspannungsquellen, eine für jede Polarität, zu verwenden. Während im ersten Falle die Vergleichsspannungsquelle Spannungsstufen in einem Bereich von der größten negativen bis zur größten positiven Spannung des möglichen Abtastwertes liefern muß, werden im zweiten Falle zwei Vergleichsspannungsquellen, jede für einen nur halb so großen Bereich benötigt Bei gleichen Quantisierungsstufen ist in beiden Fällen der Aufwand für die Vergleichsspannungsquellen gleich und sehr hoch. So ist aus der DE-OS 15 37 197 ein Decoder bekannt, bei dem sehr viele Stromquellen abgeglichen werden müssen, was bei der geforderten Genauigkeit der Vergleichsspannung einen aufwendigen Abgleich erfordert, der wegen den hohen Prüfkosten nach Möglichkeit vermieden werden sollte.

Bekannt sind auch Verfahren, bei denen nur eine, an sich 'inipolare Vergleichsspannungsquelle mit einem Einstellbereich von 0 V bis zu einer Spannung gleich dem höchsten zu erwartenden Abtastwert verwendet wird. Vergleichsspannungen der anderen Polarität werden dabei durch einen fallweise der Vergleichsspannungsquelle nachgeschalteten Inverter gewonnen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, daß der Inverter die sehr viel häufiger als die Abtastwerte sich ändernden Vergleichsspannungen verarbeiten muß und daher an ihn sehr hohe Anforderungen in bezug auf seine Einschwingzeit gestellt werden müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum digitalen Codieren analoger Abtastwerte beliebiger Polarität anzugeben, das mit geringerem Aufwand eine größere Genauigkeit erreicht, als dies bisher möglich war.

Die Aufgabe wird gelöst wie im Anspruch beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher erläutert Hierzu zeigen die

Fig. 1 einen beispielhaften Übersichtsschaltplan einer Anordnung zum Durchführen des Verfahrens,

Fig.2 ein Impulsdiagramm für das Codieren eines Abtastwertes mit einer der Vergleichsspannung gleicher Polarität,

Fig.3 ein Impulsdiagramm für das Codieren eines Abtastwertes mit einer der Vergleichsspannung entgegengesetzten Polarität

Der Übersichtsschaltplan der F i g. 1 zeigt die zwei Vergleicher Kl und V 2, die mit ihren ersten Eingängen £11 bzw. £21 beim ersten Vergleicher Vl unmittelbar, beim zweiten Vergleicher V2 über den Inverter / mit dem Eingang £ verbunden sind. Der zweite Eingang £ 12 des ersten Vergleichers Vl und der zweite Eingang £22 des zweiten Vergleichers V 2 sind verbunden mit dem Ausgang der Vergleichsspannungsquelle VS. Der dritte Eingang £13 des ersten Vergleichers Vi und der dritte Eingang £23 des zweiten Vergleichers V2 sind verbunden mit je einem der zwei Ausgänge der bistabilen Kippstufe K. Der Ausgang A 1 des ersten Vergleichers V1 und der Ausgang A 2 des zweiten

Vergleichers V2 führen, entkoppelt durch eine ODER-Schaltung O, zum Ausgang A. CMe Vergleicher Vl und V2 geben ein Ausgangssignal nur dann ab, wenn das ihrem ersten Eingang zugeführte Sigiftl positiv ist gegenüber der ihrem zweiten Eingang zugeführten Vergleichsspannung. Der Inverter / liefert bei einem ihm zugeführten negativen Eingangssignal ein gleich großes positives Ausgangssignal und umgekehrt bei einem ihm zugeführten positiven Eingangssignal ein gleich großes negatives AusgaogssignaL Die bistabile Kippschaltung K kann durch ein von einer Steuereinrichtung S geliefertes Signal 7*1 in ihren ersten Schaltzustand und durch ein von der Steuereinrichtung S geliefertes Signal T2 bei fehlendem Ausgangssignal des ersten Vergleichers Vl über eine UND-Schaltung U mit einem negierenden Eingang in ihren zweiten Schaltzustand gesteuert werden. Die Steuereinrichtung S steuert weiterhin die Vergleichsspannungsquelle VS fallweise zu größeren oder kleineren Werten und erhält selbst Steuersignale von einem Impulsverteiler IV und vom Ausgang A.

■ Durch das erste, von der Steuereinrichtung 5 vor dem Beginn des eigentlichen Codiervorganges gelieferte Signal TX wird die bistabile Kippschaltung K in ihren ersten Schaltzustand und damit der erste Vergieicher Vl in seinen wirksamen Zustand gesteuert Etwa gleichzeitig wird die Vergleichsspannungsquelle VS in ihren Anfangszustand gesetzt, in dem sie die Spannung OVabgibt

Im weiteren wird angenommen, daß die Vergleichs-Spannungsquelle positive Spannungen liefert Ein ucrn Eingang E zugeführter positiver Abtastwert gelangt über den Eingang Eil zum Vergleicher Vl, ist positiv gegenüber der dem Eingang £12 zugeführten Vergleichsspannung OV und bewirkt während der Dauer des Signals Tl ein Ausgangssignal A 1 und A, da der Vergleicher Vl über den Eingang £Ί3 wirksam gesteuert ist Derselbe positive Abtastwert gelangt über den Inverter /a!s negativer Wert an den Eingang £21 des Vergleichers V 2, der kein Ausgangssignal abgibt, da das Signal am Eingang £21 negativ ist gegenüber der Vergleichsspannung OV am Eingang £22 und da der Vergleicher über seinem Eingang. E23 gesperrt ist Das Ausgangssignal A 1 des Vergleichers Vl bleibt ohne Einfluß auf die bistabile Kippschaltung K, da es invertiert an die UND-Schaltung t/gelangt

Ist dagegen der dem Eingang E zugeführte Abtastwert negativ, so gibt der Vergleicher Vl während der Dauer des Signals 7"2 kein Ausgangssignal ab, weil das Signal an seinem Eingang £11 negativ ist gegenüber der Vergleichsspannung OVam Eingang EIZ Auch der Vergleicher V2 liefert kein Ausgangssignal, obwohl er infolge der Wirkung des Inverters Ober seinen Eingang £21 ein positives Signal erhält weil er über seinen Eingang £23 gesperrt ist Bei fehlendem Ausgangssignal A 1 des Vergleichers V1 während des Signals 7*2 liefert die UND-Schaltung Uein die bistabile Kippschaltung K in ihren zweiten Schaltzustand umsteuerndes Signal, wodurch die Sperre für den Vergleicher V2 aufgehoben wird. Die Kippschaltung behält diesen Zustand über die Dauer eines Codiervorganges, bis sie vor dem Beginn des nächsten Codiervorganges durch ein Signal Ti wieder in ihren ersten Schaltzustand zurückgeschaltet wird.

Ein Signal A i und damit auch A während der Dauer des Signals T2 wird als Kennzeichen für positive Polarität zur Gegenstelle übertragen. Ein fehlendes Signal A während der Dauer des Signals 72 kennzeichnet die negative Polarität des Abtastwertes.

Während des weiteren Codiervorganges ist bei positiven Abtastwerten ausschließlich der erste Vergleicher Vl, bei negativen ausschließlich der zweite •j Vergleicher V2 wirksam. Dabei wird in an sich bekannter Weise, gesteuert durch die vom Impulsverteiler IV getaktete Steuereinrichtung 5, die Vergleichsspannung in Stufen höher oder niedriger geschaltet Solange der Absolutwert des Abtastwertes höher als

in der Absolutwert der Verglcichsspannuug ist wird bei jedem Takt ein Ausgangssignal abgegeben und durch das vom Ausgang A zur Steuereinrichtung gegebene Signal die Vergleichsspannung für den nächsten Takt in Richtung zu höheren Vergleichsspannungen gesteuert Obersteigt die Vergleichsspannung in einer Codierstufe den gleichbleibenden Abtastwert ist also die dem ersten Eingang des wirksam gesteuerten Vergleichers zugeführte Spannung negativ gegenüber der dem zweiten Eingang des Vergleichers zugeführten Spannung, so

jo ergibt sich kein Ausgangssignal und die Steuereinrichtung S bewirkt für den nächsten Takt die Abgabe einer kleineren Vergleichsspannung durch die Vergleichsspannungsquelle VS.
Ergänzend hierzu zeigen die Impulsdiagramme der F i g. 2 bzw. 3 die Zustände für zwei Codiervorgänge bei Abtastwerten unterschiedlicher Polarität und für einen vereinfachend auf 4 Bit begrenzten Code. F i g. 2 betrifft beispielhaft das Codieren eines positiven Abtastwertes, Fig.3 das Codieren eines negativen Abtastwertes. In

i<> beiden Fällen werden aus der vom Impulsverteiler gelieferten Taktfolge To die Schrittakte 7*1... 7*5 abgeleitet Der Takt 1 ist ein Vorbereitungstakt mit der Aufgabe, die bistabile Kippschaltung K in ihre Ausgangslage zu schalten. Die Taktzeiten T2...T5

j > entsprechen in ihrem Auftreten den einzelnen Schritten des Codes. Die Dauer des eigentlichen Codiervorganges ist in den Diagrammen durch senkrechte gestrichelte Linien angedeutet Das in der Taktzeit 7*2 gelieferte Zeichen ist das die Polarität des Abtastwertes kennzeichnende Polaritätsbit

In beiden Diagrammen ist angenommen, daß beim vorhergehenden Codiervorgang der Abtastwert negativ war, die bistabile Kippschaltung K daher während dieses Codiervorganges in ihrem zweiten Schaltzustand

-ι·> war und vor dem Beginn des betrachteten Codiervorganges durch den Takt 7*1 in ihren ersten Schaltzustand zurückgesetzt wird. Die bistabile Kippschaltung K ist derart aufgebaut, daß sie jeweils am Ende eines Eingangssignals umschaltet.

w Im Diagramm F i g. 2 wird beispielsweise dem Eingang E ein positiver, 5,5 Einheiten großer Abtastwert zugeführt der durch die Voreinstellung der bistabilen Kippschaltung K über den Eingang EU durch den Vergleicher Vl ausgewertet wird. Die Vergleichsspannungsquelle VS liefert während der Taktzeit 7*2 eine Vergleichsspannung OV. Da das Eingangssignal Eil des Vergleichers Vl positiv ist gegenüber der Vergleichsspannung OV, liefert der Vergleicher Vl an seinem Ausgang A1 und die

ω) gesamte Anordnung am Ausgang A während der Taktzeit T2 ein Signal. Da das Signal A i invertiert an einen Eingang der UND-Schaltung U und daher kein Signal an die Kippschaltung K gelangt bleibt deren Schaltzustand unverändert. Mit dem Ende des Taktes

hi 7*2 erhöht sich die Vergleichsspannung VS auf 4 Einheiten, bleibt damit kleiner als die Eingangsspannung EU, so daß auch während der Taktzeit 7*3 ein Ausgangssignal geliefert wird. Mit dem Ende der

Taktzeit T3 erhöht sich die Vergleichsspannung VS um 2 auf 6 Einheiten, ist damit größer als die Eingangsspannung £11, so daß während der folgenden Taktzeit Γ4 kein Ausgangssignal geliefert wird. Daher erniedrigt sich mit dem Ende der Taktzeit Γ4 die Vergleichsspannung VS um 1 auf 5 Einheiten, d. h. auf einen Wert, der kleiner ist als das Eingangssignal £11, so daß während der folgenden Taktzeit Γ5 wieder ein Ausgangssignal geliefert wird. Damit ist der Codiervorgang für den angenommenen 4-Bit-Code und den angenommenen Abtastwert beendet und es ergibt sich für den Analogwert +5,5 das digitale Codewort LLOL

Im weiteren Beispiel des Diagramms Fig.3 ist angenommen, daß dem Eingang E ein negativer, - 4,5 Einheiten großer Abtastwert zugeführt wird. Durch die Voreinstellung der bistabilen Kippstufe K kann zunächst nur der Vergleicher Vl wirksam werden, während der Vergleicher V2 gesperrt ist. Die Vergleichsspannungsquelle V3 liefert während der Taktzeit 7"2 eine Vergleichsspannung OV. Da nun das Eingangssignal Eil des Vergleichers Vl negativ ist gegenüber der Vergleichsspannung OV, liefert der Vergleicher Vl an seinem Ausgang A1 und die gesamte Anordnung am Ausgang A während der Taktzeit T2 kein Signal. Da das fehlende Signal A 1 invertiert als Signal an einen Eingang der UND-Schaltung U gelangt, steuert deren Ausgangssignal U die bistabile Kippschaltung K in ihren zweiten Schaltzustand, in dem sie den Vergleicher Vl sperrt und den Vergleicher V2 wirksam steuert Am ersten Eingang £"21 des Vergleichers V2 liegt bei negativem Eingang E infolge der Wirkung des Inverters / ein gleich großes, positives Signal mit, im gegebenen Beispiel, +4,5 Einheiten. Mit dem Ende der Taktzeit Tl erhöht sich dk Vergleichsspannung VS auf 4 Einheiten, bleibt jedoch kleiner als die Eingangsspannung £21, so daß während der Taktzeit 7"3 der Vergleicher V2 an seinem Ausgang > /4 2 und die gesamte Anordnung am Ausgang A eir Signal liefert Mit dem Ende der Taktzeit T3 erhöht sicfti die Vergleichsspannung VS um 2 auf 6 Einheiten, ist damit größer als die Eingangsspannung £21, so dal! während der folgenden Taktzeit T4 kein Ausgangssi

in gnal geliefert wird. Daher erniedrigt sich mit dem EndE der Taktzeit TA die Vergleichsspannung VS um 1 auf i Einheiten. Auch dann ist das Eingangssignal £21 norfi immer kleiner als die Vergleichsspannung, so dal] während der folgenden Taktzeit 7"5 ebenfalls kein

i> Ausgangssignal geliefert wird. Damit ist für den beispielhaft angenommenen 4-Bit-Codewert der Codiervorgang für den ebenfalls angenommenen Abtastwert beendet, und es ergibt sich für den Analogwert - 4,5 das digitale Codewort OLOO.

J'ι Mit Rücksicht auf eine klare, übersichtliche Darstellung und Beschreibung zeigen die zwei Impulsdiagramme Fig.2 und Fig.3 jeweils einzelne, von anderen unabhängige Codiervorgänge. Selbstverständlich wird im allgemeinen bei fortlaufenden Codiervorgängen der

r letzte Schrittakt eines Codiervorganges identisch sein mit dem Vorbereitungstakt Tl des nachfolgenden Codiervorganges. Das Zurückstellen der Vergleichsspannungsquelle KS auf ihre Ausgangsstellung erfolgt dann gleichzeitig mit dem Umschalten der bistabilen

x< Kippschaltung K in ihren ersten Schaltzustand am Ende des Taktes Tl, der dem letzten Takt des vorhergehenden Codiervorganges entspricht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum digitalen Codieren analoger Abtastwerte beliebiger Polarität in einem Rück- "> kopplungscodierer unter Verwendung unipolarer Vergleichsspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abtastwert (E) erstens unverändert dem ersten Eingang (E 11) eines ersten Vergleichers (Vl) und zweitens invertiert dem n> ersten Eingang (£21) eines zweiten Vergleichers (V2) und die unipolaren Vergleichsspannungen den zweiten Eingängen (£12 und £22) des ersten und des zweiten Vergleichers (Kl und V2) zugeführt werden, daß die Vergleicher über je einen dritten ι ^r· Eingang (£ 13 bzw. £23) durch die zwei zueinander inversen Ausgangssignale einer bistabilen Kippschaltung (K) abwechselnd sperrend oder wirksam steuerbar sind; daß die bistabile Kippschaltung (K) vor dem Beginn eines Codiervorganges einen bestimmten Schaltzustand erhält und abhängig von einem Taktsignal und dem Ausgangssignal eines der Vergleicher umsteuerbar ist, daß der wirksam gesteuerte Vergleicher ein Signal nur dann abgibt, wenn die Spannung des ihm über den ersten Eingang ' > (£11 bzw. £21) zugeführten Abtastwertes dieselbe Polarität hat wie und absolut größer ist als die ihm gleichzeitig über den zweiten Eingang (E 12 bzw. £22) zugeführte Vergleichsspannung, und daß die Ausgangssignale beider Vergleicher (V1 und V2) zu 1» einem gemeinsamen Ausgang gegeben werden.