DE2407195B2

DE2407195B2 - Schaltungsanordnung zur erkennung von unipolaren gleichstromzeichen, insbesondere fuer fernmeldeanlagen

Info

Publication number: DE2407195B2
Application number: DE19742407195
Authority: DE
Inventors: Detlev 7000 Stuttgart; Nemecsek Ferenc Dipl.-Ing. 7032 Sindelfingen Miericke
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1974-02-15
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1977-04-21
Also published as: DE2407195A1

Description

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz der Taktquelle (TQ)nach der Beziehung

180

3°

gewählt ist, worin α dem Arcus-Sinus des Verhältnisses der Schwellwertamplitude (U_sw) zur Maximalamplitude (UsI) der Störfrequenz und T₅, der Periodendauer der höchsten, zu erwartenden Störfrequenz (z. B. 50 Hz) entspricht, und daß das Zählvolumen jedes Zählers nach der Beziehung

gewählt ist, worin T₅,' die Periodendauer der kleinsten zu erwartenden Störfrequenz ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrschaltung (F2, O2) vorgesehen ist, die die Zählung der Zähler nur dann freigibt, wenn nach dem Erreichen der Endstellung eines Zählers ein Wechsel des Eingangssignals in bezug auf den Schwellwert erfolgt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang einer mit dem Leitungssignal gesteuerten Schwellwertschaltung (S) mit dem einen Eingang einer dem ersten Zähler (Zi) vorgeschalteten UND-Schaltung (Ui) und dem Sperreingang eines dem zweiten Zähler (Z 2) vorgeschalteten Sperrgatters (U 2) verbunden ist, daß die anderen zwei Eingänge der UND-ichal- (,0 tung und des Sperrgatters an die Tastquelle (TQ) angeschlossen sind, daß als bistabile Schaltung eine Flip-Flop-Schaltung (Fi) verwendet ist, deren dem Einstelleingang entsprechender Ausgang der Zeichenausgang ist, und daß die Ausgänge der Zähler mit den zwei Ausgängen einer ODER-ScI^altung (01) verbunden sind, über deren Ausgang die Zähler rückstellbar sind.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen : und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschal rung eine zweite Flip-Flop-Schaltung (F2) und ein« exklusive ODER-Schaltung (O 2) aufweist, derer erster Eingang mit dem Ausgang der Schwellwert schaltung (S), deren zweiter Eingang mit den Zeichenausgang (A) und deren Ausgang mit den Einstelleingang der zweiten Flip-Flop-Schaltuni (F2) verbunden ist, und daß diese Flip-Flop-Schal tung mit ihrem dem Einstelleingang entsprechende! Ausgang an jeweils einen weiteren Eingang dei UND-Schaltung (Ui) und des Sperrgatters (U2) mit ihrem Rückstelleingang an den Ausgang dei ersten ODER-Schaltung (O i) und mit ihrem den Rückstelleingang entsprechenden Ausgang an di< Rückstelleingänge (φ der Zähler angeschlossen ist

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zu: Erkennung von unipolaren Gleichstromzeichen, die au störspannungsbeeinflußten Leitungen übertragen wer den und deren Frequenz kleiner als die kleinste, zi erwartende Störfrequenz ist, insbesondere für Fernmel deanlagen.

Die zur Übertragung von Gleichstromzeichen ver wendeten Leitungen, insbesondere Fernmeldeleitungen können durch Störspannungen beeinflußt sein. Solch« Störspannungen rühren beispielsweise von den Stark stromanlagen der Bahn oder des öffentlichen Netze: her und besitzen dementsprechend eine Frequenz vor 16²/3 Hz bzw. 50 Hz. Die Amplitude der Störspannung auf der Übertragungsleitung kann dabei die Amplitude des Gleichstromzeichens weit übersteigen, so daß ei möglich ist, daß die >törspannungshalbwellen ah Zeichen ausgewertet werden. Damit die Zeicher unabhängig von der Störspannung und der Phasenlage des Zeichens und der Störspannung auswertbar sind muß die Frequenz der Zeichen kleiner als die kleinste, zt erwartende Störfrequenz sein.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Störspannungen nicht als Zeichen erkennt, die aber die Zeichenerkennung trotz überlagerter Störspannungen zuläßt und die in voll integrierter Technik herstellbar ist und somit nur wenig Platz benötigt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Um mit einer möglichst geringen Anzahl von Zählstufen auskommen zu können, schlägt die Erfindung die im Anspruch 2 gekennzeichnete Bemessung«, regel vor.

Gemäß der im Anspruch 3 gekennzeichneten Weiterbildung der Erfindung wird das Problem gelöst, die Fehler nur in Zeiträumen arbeiten zu lassen, die für die Funktion der Zeichenerkennung notwendig sind, um so die Lebensdauer der Zähler zu erhöhen.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Schaltungsanordnung zur Ei kennung von unipolaren Gleichstroinzeichen gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Schaltungsanordnung nach F i g. 1, die um eine Sperrschaltung erweitert ist und die Schwellwertschaltung im einzelnen wiedergibt,

Fig.3a bis f den Ablauf der Zeichenerkennung an bestimmten Schaltungspunkten in Fig. 2 ohne Siörspannungen,

Fig.4a bis f den Ablauf der Zeichenerkennung an bestimmten Schaltungspunkten in F i g. 2 mit Störspannungen und

Fig.5 eine Störspannungswelle zur Ableitung der BemessungsregeL

Die Schaltungsanordnung in F ι g. 1 weist einen Signaleingang E auf, der an die nicht dargestellte ι ο Übertragungsleitung und an eine Schwellwertschaltung S angeschlossen ist Der Ausgang dieser Schwellwertschaltung ist mit dem einen Eingang einer einem ersten Zähler Zl vorgeschalteten UND-Schaltung t/l und dem Sperreingang eines einem zweiten Zähler Z 2 vorgeschalteten Sperrgatters V 2 verbunden. Die anderen zwei Eingänge der UND-Schaltung und des Sperrgatters sind an eine Taktquelle TQ angeschlossen. Der Ausgang des Zählers Z1 ist an den Einstelleingang einer Flip-Flop-Schaltung Fl und an den einen Eingang einer ODER-Schaltung 01 angeschlossen, während der Ausgang des Zähiers Z 2 mit dem Rückstelleingang der Flip-Flop-Schaltung Fl und dem anderen Eingang der ODER-Schaltung 01 verbunden ist. Der Ausgang der ODER-Schaltung Oi ist mit den Rückstelleingängen der Zähler Zl und Z2 gekoppelt. Der dem Einstelleingang entsprechende Ausgang der Flip-Flop-Schaltung Fl bildet den Zeichenausgang A der Schaltungsanord-

Die Schwellwertschaltung S ist mit einer elektrischen Schwelle versehen. Während des Vorhandenseins von über dem Schwellwert liegenden Eingangssignalteilen der einen Polarität erscheint am Ausgang der Schwellwertschaltung Seine logische 1, während dort beim Vorhandensein von unter dem Schwellwert liegenden Eingangssignalteilen der einen Polarität und gegebenenfalls der anderen Polarität eine logische 0 auftritt. Im folgenden sei angenommen, daß die zu übertragenden Zeichen positive Spannungswerte haben und daß die Schwellwertschaltung S eine positive Schwelle hat, die zwischen dem Wert 0 und der Zeichenspannung liegt. Die mit den Zählern Zi, Z 2 und der Taktquelle TQ gebildete Zeitmeßeinrichtung ist so ausgebildet, daß die Dauer der Signalteile jeweils bis zu einer Dauer abgemessen werden kann, die der Dauer der Halbwelle der kleinsten, zu erwartenden Störfre quenz entspricht oder ihr zumindestens angenähert ist. Beträgt beispielsweise die kleinste, zu erwartende Störfrequenz I6V3 Hz, so beträgt die mit jedem Zähler abzumessende Dauer 30 ms (oder etwa 30 ns). Diese Dauer kann beispielsweise dadurch erfaßt werden, daß jedem Zähler das Zählvolumen 30 und der Taktquelle eine derartige Ausbildung gegeben wird, daß sie jede Millisekunde einen Taktimpuls liefert.

Liegt nun am Eingang E ein Zeichen vor, so wird durch das 1-Ausgangssignal der Schwellwertschaltung S die UND-Schaltung U 1 so vorbereitet, daß die Taktimpulse sie durchlaufen und vom Zähler Z1 gezählt werden können. Erreicht der Zähler Z. seine Endstellung 30, so gibt er ein 1-Signal ab, das die <κ Flip-Flop-Schaltung Fl so einstellt, daß am Ausgang A ebenfalls ein 1-Signal erscheint. Über die ODER-Schaltung Ol bewirkt das 1-Signal des Zählers Zl die Rückstellung des Zählers Zi. Der Zähler ZI beginn: dann von neuem zu zählen. Diese Vorgänge setzen sich (^ fort, solange das Zeichen am Eingang E vorhanden ist, wobei der Zustand der Flip-Flop-Schaltung Fl nicht Liegt am Eingang E eine Zeichenpause vor, so wird durch das 0-Ausgangssigr.al der Schwellwertschaltung S die UND-Schaltung t/l gesperrt und das Sperrgatter i/2 so vorbereitet, daß die Taktimpulse sie durchlaufen und vom Zähler Z 2 gezähli werden können. Erreicht der Zähler Z2 seine Endstellung 30, so gibt er ein 1-Signal ab, das die Flip-Flop-Schaltung Fi zurückstellt, so daß am Ausgang A ein 0-Signal erscheint Ober die ODER-Schaltung Ol bewirkt das 1-Signal des Zählers Z2 die Rückstellung des Zählers Z2. Der Zähler Z2 beginnt dann von neuem zu zählen. Di^se Vorgänge setzen sich fort, solange am Eingang Feine Zeichenpause vorhanden ist, wobei der Zustand der Flip-Flop-Schaltung Fl nicht geändert wird.

Liegt am Eingang £ allein eine Störwechselspannung vor, so kann der Zähler Z1 nie bis zu seinem Endwert zählen, weil aufgrund der Schwelle die über dem Schwellwert liegenden Signalteile in ihrer Dauer immer kleiner als die unter dem Schwellwert liegenden Signalteile sind. Daher wird immer zuerst der Zähler Z 2 seine Endstellung erreichen, der dabei jeweils die Rückstellung beider Zähler Zl, Z2 bewirkt und die Flip-Flop-Schaltung Fl im Ruhezustand hält.

Eine Erkennung eines Zeichens gelingt ebenfalls, wenn die Zeichenspannung durch eine Störwechselspannung überlagert ist Dieser Fall wird jedoch erst in Verbindung mit F i g. 2 näher erläutert.

Die Schaltungsanordnung in F i g. 2 stellt eine Erweiterung der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 dar. Hinzu kommt eine Sperrschaltung, die aus einer zweiten Flip-Flop-Schaltung F2, einer exklusiven ODER-Schaltung O2 und jeweils einem weiteren Eingang der UND-Schaltung Vi und des Sperrgatters U2 besteht.

Die aus zwei Sperrgattern und einer ODER-Schaltung zusammengesetzte exklusive ODER-Schaltung O2 ist mit ihrem einen Eingang an den Ausgang C der Schwellwertschaltung S, mit ihrem zweiten Eingang an den Zeichenausgang A und mit ihrem Ausgang an den Einstelleingang der Flip-Flop-Schaltung F2 angeschlossen. Der diesem Einstelleingang entsprechender Ausgang D der Flip-Flop-Schaltung F2 ist mit den zusätzlichen Eingängen der UND-Schaltung Ui und des Sperrgatters t/2 verbunden. Die Flip-Flop-Schaltung F2 ist ferner mit ihrem Rückstelleingang an den Ausgang der ODER-Schaltung Ol und mit ihrem diesem Rückstelleingang entsprechenden Ausgang an die Rückstelleingänge Ader Zähler ZI, Z2 angeschlossen.

Die F i g. 2 zeigt auch ein Ausführungsbeispiel für die Schwellwertschaltung S. Zwischen der Masse- oder Erdklemme und dem Eingang E ist ein aus zwei Widerständen IVl, W2 bestehender Spannungsteiler angeordnet, dessen Abgriff über eine Zenerdiode Z mit der Basis eines npn-Transistors Tverbunden ist Dieser Transistor ist mit seinem Emitter an die Masseklemme und mit seinem Kollektor über einen Arbeitswiderstand W3 an eine positives Betriebspotential U führende Klemme angeschlossen. Die Zenerdiode Z möge beispielsweise eine Zenerspannung von 5 V haben; die Zeichenamplitude kann 10 V betragen, während die Spitzenamplitude der Störspannung zu 20 V angenommen sei. Hat die Spannung am liingang E einen solchen Wen. daß der Schwellwert von 5 V überschritten wird, so wird der Transistor Tleitend. Am Ausgang C tritt dabei (etwa) Massepotential auf, das hier den logischen 1-Zustand darstellen soll. Beim Unterschreiten des Schwellwertes wird der Transistor T gesperrt. Am Ausgang Ctritt dabei (etwa) das positive Betriebspoten-

tial Uauf, das hier als logischer O-Zustand gelten soll. In analoger Weise können selbstverständlich auch negative Zeichen über eine dementsprechend ausgebildete Schwellwertschaltung geleitet werden.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung in F i g. 2 dienen die F i g. 4 und 5. In F i g. 3a sind am Eingang E eintreffende Zeichenimpulse ohne Störspannungen gezeigt, wobei die gestrichelte Linie den Schwellwert LU darstellt. In den Fig.3b, 3c und 3f sind die Zustände an den Schaltungspunkten Q D, A gezeigt, während die Fig.3d, 3e die Taktimpulse an den Eingängen der Zähler Z1, Z 2 zeigen. Die senkrechten Pfeile in F i g. 3f kennzeichnen die Zeitpunkte der Zählerrückstellungen. Zu Beginn des ersten Zeichens tritt am Ausgang Cder 1-Zustand auf, der über die exklusive ODER-Schaltung O 2 die Einstellung der Flip-Flop-Schaltung F2 nach sich zieht, so daß am Ausgang D ebenfalls der 1-Zustand auftritt. Die von Taktquelle 7TQ kommenden Taktimpulse können somit vom Zähler Z t gezählt werden. Es sei wieder angenommen, daß die niedrigste, zu erwartende Störfrequenz 16²/3 Hz ist, die Dauer der Störspannungshalbwelle damit 30 ms beträgt, das Zählvolumen der Zähler Zl, Z2 jeweils 30 Zählschritte umfaßt und die Taktquelle TQ jede Millisekunde einen Impuls abgibt. Der Zähler Z1 erreicht daher beim 30ten Taktimpuls seine Endstellung und stellt die Flip-Flop-Schaltung Ft ein, so daß am Ausgang A der 1-Zustand erscheint. Da beide Eingänge der exklusiven ODER-Schaltung O 2 nun den 1-Zustand aufweisen, tritt am Ausgang dieser ODER-Schaltung der O-Zustand auf. Gleichzeitig stellt der Zähler Zt über die ODER-Schaltung Ol die Flip-Flop-Schaltung F2 zurück, so daß einerseits der Zähler Zl zurückgestellt wird und andererseits die UND-Schaltung Ui und das Sperrgatter L)2 gesperrt werden. Beide Zähler bleiben für die weitere Dauer des Zeichens im Ruhezustand.

Am Ende des ersten Zeichens wird wieder über die exklusive ODER-Schaltung O 2 die Flip-Flop-Schaltung F 2 eingestellt, so daß am Ausgang D wieder der 1-Zustand erscheint. Nun werden die Taktimpulse vom Zähler Z 2 gezählt, der nach Zählung des 30ten Taktimpulses die Flip-Flop-Schaltung Fl zurückstellt, so daß am Ausgang A der O-Zustand auftritt und damit das Einstellpotential am Einstelleingang der Flip-Flop-Schaltung F2 fortgenommen wird. Gleichzeitig stellt der Zähler Z 2 über die ODER-Schaltung OI die Flip-Flop-Schaltung F2 zurück, so daß der Zähler Z2 zurückgestellt wird und infolge des O-Zustands am Ausgang D weitere Zählvorgänge für die weitere Dauer der Zeichenpausen unterbleiben.

Weitere Zeichen und -ppusen werden in entsprechender Weise erkannt

Die Fig.4 zeigt die Zustände an denselben Punkten wie in Fig.3 für den Fall, daß dem Zeichen eine Störspannung überlagert ist Es ist nur ein Zeichen in F i g. 4a angedeutet um auch zu zeigen, daß in der dem Zeichen folgenden längeren Pause die Störspannung nicht als Zeichen erkannt wird.

Ebenso wie im Falle der F i g. 3 beginnt der Zähler Z1 beim Oberschreiten des Schwellwertes U_sw zu zählen. Dieser Zähler erreicht seine Endstellung, stellt die Flip-Flop-Schaltung Fl ein und sich selbst über die Schaltungen 01, F2 zurück. Unterschreitet die Spannung am Eingang E den Schwellwert, so wird die Flip-Flop-Schaltung F2 über die exklusive ODER-Schaltung O 2 wieder eingestellt, so daß nun der Zähler Z 2 die Taktimpulse zählt Dieser zahlt jedoch nur bis zum 24ten Zählschritt, da dann die Spannung am Eingang E den Schwellwert wieder übersteigt und die Sperrschaltung U 2 gesperrt wird. Von diesem Zeitpunkt an werden die Taktimpulse wieder vom Zähler s Zl gezählt, der im folgenden seine Endstellung erreichen möge und damit die Rückstellung beider Zähler veranlaßt.

Bei der nun folgenden Erkennung der Zeichenpause, in der nur noch die Störspannung vorhanden ist, zählt

ίο der Zähler Z2 die Taktimpulse innerhalb derjenigen Signalteile, die unterhalb des Schwellwertes liegen. Der Zähler Z 2 erreicht seine Endstellung und stellt die Flip-Flop-Schaltung Fl zurück, so daß am Ausgang A de O-Zustand auftritt. Beim folgenden Überschreiten

i_S des Schwellwertes beginnt wieder der Zähler Zi zu zählen. Aufgrund des Schwellwertes gelingt die Zählung nur bis vom Wert 24, worauf der Zähler Z2 wieder bis 30 zählt, usw. Es ist erkennbar, daß in solchen Zeiten, in denen nur die Störspannung vorhanden ist, immer nur der Zähler Z 2 seine Endstellung erreicht und dann beide Zähler zurückbtellt, so daß am Ausgang A der O-Zustand erhalten bleibt.

Das Zähl volumen des Zählers Z1, Z 2 ist jeweils zu 30 angenommen worden. Zweckmäßigerweise wird man

^₅ jedoch einen Binärzähler mit fünf Stufen einsetzen, so daß die Endstellung jedes Zählers den Dezimalwert 32 hat. Auch mit diesem Wert und einem 1 -ms-Takt gelingt eine richtige Zeichenerkennung unter den sonstigen Bedingungen der Ausführungsbeispiele.

ίο Es ist möglich, eine niedrigere Taktfrequenz und eine kleinere Anzahl von Zählerstufen zu verwenden. Mit Hilfe der Fig.5 soll die Bemessungsregel für die notwendige Taktfrequenz und die notwendige Anzahl der Zählerstufen abgeleitet werden. Es ist eine Sinuswelle der Störwechselspannung mit der Spitzenamplitude Üst und der Periodendauer T_sl dargestellt. Eingetragen ist auch der Schwellwert U_sw der Schwellwertschaltung S. Der erste Schnittpunkt der Sinuswelle mit dem Schwellwert U_SK tritt beim Winkel a. auf. Die Periode T, der Taktfrequenz soll beim Winkel 2a beendet sein. Aus F i g. 5 ist zu erkennen, daß sich

= —■■ 180

verhält, d. h.,

180

wobei für T_s, die Periodendauer der höchsten, zu erwartenden Störfrequenz einzusetzen ist Aus Fig.ί ist ebenfalls erkennbar, daß sich Usw: t/_J(=sina : sin 90' verhält Demnach ist

α = arc sin —^.

Das Zählvolumen ?i ergibt sich zu

wobei für T₅/ die niedrigste, zu erwartende Störfn quenz zugrunde zu legen ist Für die vorher angenon menen Werte von U_m=5V, 17_S,=2OV, und eir höchste Störfrequenz von 50 Hz mit einer Periodendai

7 8

on r_s, = 20ms ergibt sich eine Taktfrequenz von Frequenz von 16²/3 Hz besteht, dann ergibt sich für die

i21 Hz; das Zählvolumen eines Zählers beträgt, Taktfrequenz analog zum obigen Beispiel /,= 200 Hz.

η die niedrigste Störfrequenz zu 16²/3 Hz angenom- Das Zählvo'umen beträgt dann, wie in F i g. 5 angedeu-

wird,/?=18,6. tetist/?=-° = 6

enn die Störung nur aus einer Störspannung mit der 5 ->

Hierzu 3 Blatt Zeichnimuen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erkennung von unipolaren Gleichstromzeichen, die auf störspan- :, nungsbeeinflußten Leitungen übertragen werden und deren Frequenz kleiner als die kleinste, zu erwartende Störfrequenz ist, insbesondere für Fernmeldeanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines durch eine Taktquelle (TQ) gesteuerten ersten Zählers (Zi) die über einem festgelegten Schwellwert (U_sw) liegenden Signalteile der einen Polarität und mittels eines durch die Taktquelle gesteuerten zweiten Zählers (Z2) die unter dem Schwellwert liegenden Signalteile der einen Polarität und gegebenenfalls die Signalteile der anderen Polarität in ihrer Dauer bis zu einem Wert abmeßbar sind, der der Dauer (30 ms) der Halbwelle der kleinsten Störfrequenz (16²/3 Hz) entspricht oder zumindest angenähert ist, und daß beim Erreichen der diesem Wert entsprechenden Endstellung des einen oder des anderen Zählers einerseits beide Zähler zurückgestellt werden und andererseits durch den ersten Zähler (Zi) eine bistabile Schaltung (T⁷I) eingestellt bzw. durch den zweiten Zähler (Z 2) diese Schaltung (Fl) zurückgestellt wird.