DE2430076A1

DE2430076A1 - Digitalsignalgenerator

Info

Publication number: DE2430076A1
Application number: DE2430076A
Authority: DE
Inventors: David August Pezzutti
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1974-06-22
Publication date: 1975-04-30
Also published as: NL7408138A; DE2430076B2; FR2234703B1; SE396261B; GB1448300A; IT1014360B; AU7024074A; AU472886B2; FR2234703A1; CA1009314A; JPS5038443A; BE816679A; US3838348A; ES427586A1; SE7407758L

Description

BLUM BACH - WECOl - ΒΕ-^ΐΙΝ ik KRAMER

PATENTANWÄLTE IN Vv¹JESBADEN UND MÜNCHEN 9 A Df]VR

DIPL-ING. P. G. BLWMBACH · PIPI.-IHYS. DR, V/. WEStP · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN 62 WIESUADtN · SONNEK¹BERGfR STSASSE 43 ■ TEL. (041?1) 562943,561958

WESTERN ELECTRIC COMPANY, INCORPORATED

195 Broadway, Now York, New York 10007, USA

DlPL-ING. R. KNAMEn MÖNCHEN

Pezzutti, D. A. 3

Digitalsignalgenerator

Die Erfindung betrifft einen Digitalsignalgenerator mit wenigstens einer digitalen Teilerschaltung zum Erzeugen eines pulsierenden Signals und einem mit deren Ausgang verbundenen Filter, daß aus dem pulsierenden Signal ein im wesentlichen sinusförmiges Signal auskoppelt.

In vielen Anlagen werden sinusförmige Signale einer einzigen und vieler Frequenzen verwendet, um Steuer- und Signalgabefunktionen zu verrichten. Zum Beispiel werden vielfrequente Signale in Nachrichtenübertragungsanlagen für systeininterne Signe.lgabozwecke verwendet. Solche viel- oder multifrequenten Signale werden von einer Vielzahl von Analogoszillatoren erzeugt, die jeweils eine andere Frequenz

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liefern. Dann werden Gatterschaltungen verwendet, um Signale bei den einzelnen Frequenzen auszuwählen, die das gewünschte multifrequente Signal zusammensetzen. Änalogoszillatoren weisen Drosselspulen und/oder Kondensatoren auf, die von großer Abmessung sind und sowohl zu Beginn als auch periodisch eingestellt werden müssen, um die gewünschten Signalfrenuenzen zu realisieren und aufrechtzuerhalten. Solche Justierungen sind mühselig und zeitaufv/endig und sollten deshalb vermieden werden.

Viele der den Multifrequenz-Analogsignalgeneratoren zuzuschreibenden Probleme sind behoben worden, indem Digitalverfahren angewendet wurden, um die gewünschten sinusförmigen Signale zu erzeugen.

Bisher wurde eine Vielzahl von sinusförmigen Signalen mit jeweils einer anderen Frequenz digital erzeugt, indem man eine einzelne Impulssignalquelle und eine Vielzahl von digitalen Teilerschaltungen verwendete. Die Teiler liefern bei den gewünschten Frequenzen impulsförmige Signale, die von geeigneten Filtern in die gewünschten sinusförmigen Signale umgewandelt werden. Einzelne Signale können wiederum von Gatterschaltungen ausgewählt und so verknüpft werden, daß sie ein gewünschtes multifrequentes Signal bilden.

Jüngst wurden sinusförmige Signale mit verschiedenen Frequenzen

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erzeugt, indem ein einzelner programmierbarer Digitalteiler verwendet wurde-. Hierbei wird das impulsförraige Ausgangssignal des Teilers wiederum von einem geeigneten Filter in ein sinusförmiges Signal umgewandelt. Signale verschiedener Frequenz sind zu erhalten, wenn der Teiler entsprechend einem vorgeschriebenen Format programmiert wird. Signale, die von einer Vielzahl solcher Schaltungsanordnungen erzeugt werden, können selektiv miteinander kombiniert werden, um die gewünschten Multifrequenzsignale zu bilden.

Bei den■bekannten digitalen Anlagen entstehen Probleme, wenn damit begonnen wird, ein Signal zu bilden, und wenn von einer Frequenz auf eine andere umgeschaltet wird. Am Filterausgang erscheinen speziell Übergangssignalkomponenten, die, wenn sie nicht unterdrückt werden, als Störsignale -mit einer relativ hohen Energie an die Signalübertragungsmedien angelegt werden. Übergangssignalkomponenten sind besonders im Falle von Nachrichtenübertragungsanlagen unerwünscht, bei denen die multifrequenten Signale über den Nachrichtenkanal übertragen werden. Die ÜbergangsSignalkomponenten rufen in solchen Anlagen so unerwünschte Effekte wie Rauschen (noise) und Übersprechen (crosstalk) hervor.

Was die bekannten Multifrequenz-Digitalsignalgeneratoren angeht, so besteht ein zusätzliches Problem darin, aus dem Filterausgangs-

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signal don Inhalt an Harmonischen zu beseitigen. Es ist "bekannt, daß ein rechteckförrniges Signal eine nennenswerte 3. harmonische Komponente aufweist. Diese 3. Harmonischen können bei Frequenzen liegen, die für andere Signalgabe- und Prüfzwecke verwendet werden. Deshalb ist es wichtig, daß diese Signalfrequenzharmonischen im wesentlichen unterdrückt werden. Man erreichte das bisher mit Filtern, deren Dämpfungskennlinie bis zur höchsten interessierenden Signalfrequenz im wesentlichen flach verlief und danach mit der Frequenz außerordentlich steil abfiel. Solche Filter sind in der Regel kompliziert und teuer. Außerdem ist eine spezielle Auswahl von Koraponentenwerten sowie eine Feinabstimmung erforderlich, um die gewünschte Dämpfungscharakteristik zu realisieren.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, diese Nachteile zu beheben.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art aus, und ist dadurch gekennzeichnet,

daß das Filter eine mit zunehmender Frequenz abnehmende Filterkennlinie aufweist, und die Grundfrequenz des an seinem Eingang anliegenden pulsierenden Signals im Bereich des abnehmenden Kennlinienteils liegt und

daß mit dem Ausgang jeder digitalen Teilerschaltung eine Pegelsetzschaltung verbunden ist, die die Amplituden der pulsierenden

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Signale bei jeder jeweiligen Grundfrequenz so vorakzentuiert, daß das Filter bei den jeweiligen Frequenzen im wesentlichen sinusförmige Ausgangssignale erzeugt, die in einem vorher bestimmten 'Amplitudenverhältnis zueinander stehen, z. B. im Verhältnis gleicher Amplituden.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß die digitale Teilerschaltung eine Schaltungsanordnung aufweist, die eine aufgetastete Ausgangsrechteckimpulsfolge einer während der ersten Halbperiode kürzeren Impulsdauer als während der nachfolgenden Halbperioden erzeugt (Fig. 5, 6), damit das Einschwingen des Filters minimalisiert wird.

Ein schließliches erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, daß die Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines aufgetasteten Rechtecksignales ein Ausgangssignal mit einer Signaldauer liefert, die während der ersten Halbperiode nur halb so groß wie während der nachfolgenden Halbperioden der Rechteckimpulsfolge ist.

Digitale Teilerschaltungen erzeugen auf Steuersignale hin selektiv bei!den gewünschten Frequenzen impulsförmige Signale. Diese impulsform igen Signale werden vom Filter nacheinander in sinusförmige Signale umgewandelt. Die Frequenz des Signals, das erzeugt wird, ändert sich auf Anweisung rasch, indem einfach ein anderes Steuersignal an die digitale Teilerschaltung angelegt wird. Mögliche ÜbergangsSignalkomponenten von einer ersten Quelle werden

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erfindungsgemäß dadurch minimalisiert, daß das inipulsförrnige Ausgangssignal der Teilerschaltung in einer vorgeschriebenen Yfeise geformt wird, während weitere mögliche Übergangssignalkomponenten von einer zweiten Quelle dadurch minimalisiert v/erden, daß man das Filter eingangsseitig vorspannt, damit das impulsförmige Signal von der Teilerschaltung einen Mittelwert O aufweist.

Die harmonischen Signalkomponenten werden minimalisiert, indem eine "einfache" Tiefpaßfilteranordnung mit einer "Eck"-Frequenz, d. h. einer Frequenz im Knickpunkt der Dänipfungskennlinie verwendet wird, die innerhalb oder unterhalb des interessierenden Bandes, z. B. bei der niedrigsten interessierenden Frequenz liegt oder niedriger als diese ist. Man erhält vorher bestimmte Signalamplitudenwerte bei den gewünschten Frequenzen, wenn man die Amplituden der impulsförmigen Signale bei den Frequenzen, die mit einem vorgeschriebenen Format übereinstimmen, das auf die Dämpfungscharakteristik des Filters bezogen ist, vorakzentuiert bzw. vorverzerrt.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel weist eine Taktimpulsquelle zum Erzeugen von Impulssignalen bei einer vorher bestimmten Frequenz auf, die ausgewählt ist, um eine gewünschte Genauigkeit zu erhalten. Eine programmierbare digitale Teilerschaltung, der die Taktimpulse zugeführt werden, erzeugt unter Ansprechen auf Steuersignale bei den interessierenden Frequenzen impulsförmige

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Signale. Das impulsförmige Ausgangssignal der Teilerschaltung wird in ein rechteckförmiges Signal umgewandelt, dessen Anfangsimpuls weniger lang als die nachfolgenden Impulse der
Impulsfolge des bezeichneten rechteckförmigen Signals dauert. Im Falle dieses Beispiels wird das erreicht, indem man eine
Schaltung zum Erzeugen eines rechteckförmigen Signals mit
einer Grundfrequenz bei der interessierenden Frequenz, die
durch 4 teilt, und eine steuerbare Gatterschaltung verwendet. Die Schaltung, die durch 4 teilt, weist eine Vielzahl von
Flip-Flopschaltungen auf, die jeweils um eine Zählung vorgesetzt werden, wodurch bewirkt wird, daß der erste Impuls des
rechteckförmigen Signals, das bei jeder Frequenz am Ausgang
der steuerbaren Gatterschaltung erzeugt wird, nur halb so
breit wie die nachfolgenden Impulse ist. Auf Grund dieser halben Impulsbreite werden bestimmte Übergangssdgnalkomponenten minimalisiert, die auftreten, wenn das rechteckförmige Signal anschließend gefiltert wird. Das rechteckförmige Signal wird über die steuerbare Gatterschaltung und einen Preemphasewiderstand an einen Summenknotenpunkt angelegt. In der oben beschriebenen Weise können auch weitere Signale bei anderen interessierenden Frequenzen erzeugt und über entsprechende Gatterschaltungen sowie Preemphasewiderstände selektiv an den Summenknotenpunkt angelegt werden, damit man die gewünschten multifrequenten Signale erhält. Die Widerstandswerte der Preemphase-bzw. Vorverzerrungsoder vorakzentuierenden Widerstände werden ausgewählt, um die Amplituden der individuellen impulsförmigen Signale so einzu-

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stellen, daß auf nachfolgendes Filtern hin sinusförmige Signale mit vorher bestimmten Amplituden erhalten werden. Der Summenpunkt kann auf ein vorher bestimmtes Gleichstrompotential vorgespannt werden, um sicherzustellen, daß das dort gebildete rechteckförmige Signal einen Mittelwert O aufweist. Diese Vorspannung minimalisiert dann wiederum zusätzliche Übergangssignalkomponenten, die auf nachfolgendes Filtern des rechteckförmigen Signales hin auftreten. Das aufsummierte impulsförmige Signal wird danach an einen Tiefpaßfilter angelegt und dort in ein sinusförmiges Signal mit der gewünschten Einzel- oder Multifrequenz umgewandelt. Wie bereits oben erörtert.wurde, ist die "Eck"-Frequenz der Filterdämpfungskennlinie auf eine Frequenz innerhalb oder unterhalb des interessierenden Frequenzbandes gesetzt, wodurch es möglich ist, eine "einfache" Filteranordnung zu verwenden, um die unerwünschten harmonischen Komponenten wie gewünscht zu bedampfen. Die Amplituden der impulsförmigen Signale werden bei den interessierenden Frequenzen über die Preemphasewiderstände justiert, um nach dem Filtern,.wie gewünscht, eine sinusförmige Signalamplitude zu erhalten.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in Form eines vereinfachten Blockschaltbildes einen erfindungsgemäßen Digitalsignalgenerator, der multifrequente sinusförmige Signale bildet,

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.Fig. 2 detailliert eine digitale Umformungsschaltung, die in dem in der Fig. 1 dargestellten Signalgenerator verwendet wird,

Fig. 3 und 4 Beispiele für Wellenformen, an Hand deren ein erfindungsgemäßer Aspekt beschrieben wird,

Fig. 5 und 6 weitere Beispiele für Wellenformen, die zur Beschreibung der Erfindung verwendet werden können,

Fig. 7 die Dämpfungskennlinie des in der Fig. 1 dargestellten Schaltung verwendeten Filters und eine entsprechende Preemphase- bzw. Vorakzentuierungskennlinie,

Fig. 8 eine Folge von Wellenformen zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise und

Fig. 9 das im Rahmen der Schaltung der Fig. 1 verwendete logische NAND-Gatter mit drei Zuständen.

Die Fig. 1 zeigt einen Digitalsignalgenorator für Sinuswellen in Form eines vereinfachten Blockdiagrammes. Obwohl nachstehend von einem Signalgenerator die Rede sein wird, der multifrequente Signale bildet, könnte auch ein Generator betrachtet werden, der einzelne sinusförmige Signale bildet.

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Folglich wird in dem Taktimpulsgenerator 101 ein Signal in Form eines Taktimpulses und mit einer vorher bestimmten Frequenz erzeugt und an jede der Oszillator- und Preemphase- bzw. Vorakzentuierungsschaltungen 102/1 bis 102/N angelegt. Die Frequenz des Generators 101 wird so gewählt, daß eine gewünschte Genauigkeit realisiert werden kann.

Alle Oszillator- und Preemphaseschaltungen 102/1 bis 102/N sind im wesentlichen identisch aufgebaut. Unterschiede zwischen den Schaltungen bestehen nur in Form der Signalfrequenzen, die an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen verfügbar sind, und der zusätzlichen Amplitudenpreemphase. Folglich soll nur die Oszillator-und Preemphaseschaltung 102/1 detailliert beschrieben werden.

Der Generator 101 legt Taktimpulse an die programmierbare, digitale Teilerschaltung 104, die beispielsweise ein programmierbarer, bekannter Digitalzähler ist. Solche Zählerschaltungen reagieren auf individuelle logische Steuersignale zum Ändern der internen Impulszählung derart, daß sie bei den gewünschten Frequenzen die impulsförmigen Ausgangssignale liefern. Deshalb werden über die Anschlüsse 102/1A bis 102/1M an die programmierbare Teilerschaltung 104, an die digitale Umformungsschaltung 106 und einen ersten Eingangsanschluß der steuerbaren Gatter 108/1 bis 108/N Steuersignale angelegt. Die Teilerschaltung 104 reagiert auf ein angelegtes Steuersignal beispielsweise Erdsignal, in der

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Weise, daß sie irapulsförmige Signale in periodischen Intervallen, die einer gewünschten Frequenz entsprechen, erzeugt. Die Signalfrequenz ändert sich auf eine Anweisung hin, die einfach durch Anlegen eines anderen Steuersignales an die Teilerschaltung 104 erfolgt, schnell. Das Teilerverhältnis der Teilerschaltung 104 wird so ausgewählt, daß ein irapulsförmiges Signal mit einer Frequenz von beispielsweise vier mal der gewünschten Frequenz erzeugt wird. Der Grund, warum ein solches impulsförmiges Signal erzeugt wird, soll unten diskutiert werden. Weil die Teilerschaltung 104 nur durch ganze Zahlen teilen kann, erhält man "exakte" Frequenzen vom gewünschten Genauigkeitsgrad dadurch, daß man die Frequenz des im Taktimpulsgenerator 101 erzeugten impulsform!gen Signals auswählt. Beispielsweise gilt für das Einstellen einer gewünschten Frequenz auf eine nachfolgende Teilung hin, daß die Genauigkeit um so größer ist, je höher die Frequenz des Taktimpulssignales ist.

Die von ,der Teilerschaltung 104 abgegebenen impulsförmigen Signale werden an die digitale Umformungsschaltung 106 zum Erzeugen eines rechteckförmigen Signals angelegt. Die Schaltung 106 wird auch in Verbindung mit einem geeigneten Gatter 108 verwendet, um das rechteckförmige Signal umzuformen bzw. zu formen, damit bestimmte Übergangskomponenten wirksam zu minimalisieren, die sich ' sonst auf das nachfolgende Filtern der rechteckförmigen Signale hin ergeben wurden. Die Ursache für diese Übergangskomponenten wird unten diskutiert. Speziell der erste bei ö^eder Frequenz

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erzeugte Impuls weist nur die halbe Impulsbreite der nachfolgenden Impulse der Impulsfolge auf. Das wird im Falle dieses Beispieles erreicht, in dem eine Digitalschaltung mit einer Vielzahl von Stufen (Fig. 2) verwendet wird, die jeweils zuerst auf eine Zählung 1 gesetzt werden, was heißen soll, daß die Schaltung 106 insgesamt auf diese Zählung gesetzt wird. Weil die Frequenz des iiapulsförmigen Ausgangssignals der Teilerschaltung 104 die gewünschte Frequenz mal vier ist, wird der Ausgang der Umformungs- bzw. Formgebungsschaltung 106 bei der gewünschten Frequenz zurückgesetzt. Die gesamte Umformungs- bzw, Formgebungsschaltung 106 wird über das an einem der Anschlüsse 102-1A bis 102-M anliegende Steuersignal für jede Frequenz auf die Zählung 1 gestellt. Andere Schaltungsanordnungen können in gleicher Weise verwendet werden, umdie gewünschte Umformung bzw. Formgebung des rechteckförmigen Signals zu realisieren. Zum Beispiel kann eine Schaltungsanordnung, die durch zwei teilt, verwendet werden. Jedoch ist eine derartige Schaltungsanordnung komplizierter als die bevorzugte, durch vier teilende Anordnung und erfordert deshalb zusätzliche Schaltungskomponenten.

Es soll nun kurz auf die Fig. 2 eingegangen werden. Dort ist eine bevorzugte Schaltung, die durch vier teilt, im Detail wiedergegeben. In diesem Beispiel werden die J-K-flip-flops 201 und 202 dazu verwendet, die Teilung durch vier zu realisieren. Die von den Anschlüssen 102-1A bis 102-1M (Fig. 1) her zugeführten Steuersignale werdeniber das logische Netzwerk 203 angelegt, um die flipflops 201 und 202 auf einen vorher bestimmten Einstellzustand zu

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setzen, wodurch bewirkt wird, daß die bezeichneten flip-flops, die durch vier teilen, bei jeder Signalfrequenz auf eine anfängliche Zählung 1 gesetzt werden. Das logische Netzwerk 203 kann eine Vielzahl von Inverterschaltungen (nicht dargestellt) aufweisen, die die Steuersignaleingänge 102 voneinander trennen und ferner ein geeignetes Impulssignal liefern, das sie flipflops 201 und 202 auf einen Anfangs zu stand ^!i1". Sobald die flip-flops 201 und 202 jeweils auf eine Zählung 1 gesetzt sind (d. h. die "1"-Ausgänge sind beide im Zustand "1"), wird der "O"-Ausgang des flip-flops 202 unter Ansprechen auf den nächsten an die Schaltung 106 angelegten Impuls von "0" auf "1" umgeschaltet. Danach ist die Arbeitsweise beziehungsweise Funktion der digitalen Umformungsschaltung 106, die auf den Ausgangsimpuls mit der Teilerschaltung 104 anspricht, unkompliziert.

Es soll nun wiederum auf die Fig. 1 eingegangen werden. Das geänderte rechteckförmige Ausgangssignal der Schaltung 106 wird an einen zweiten Eingang jeder der steuerbaren Gatterschaltungen 108-1 bis 108-M angelegt. Wie bereits oben festgestellt wurde-· werden die Frequenzsteuersignale einem ersten Eingang jeder der Gatter 108 zugeführt. Die Ausgangssignale der Gatter 108-1 bis 108-M werden jeweils an die Preemphasewiderstände 109-1 bis 109-N angelegt. Die Widerstände 109 sind dann wiederum über den gemeinsamen Schaltungs- bzw. Knotenpunkt 115 miteinander verbunden. Die gewünschten rechteckförmigen Signale von weiteren Oszillator- und Preemphaseschaltungen 102-2 (nicht dargestellt) bis 102-N werden

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an den gemeinsamen Schaltungs- bzw. Knotenpunkt 115 angelegt und dort aufsummiert, um multifrequente Signale zu bilden.

Die Gatter 108 sind sog. logische Gatter für drei Zustände. Solche Gatterschaltungen weisen ausgangsseitig drei mögliche Betriebsarten auf, nämlich dio Betriebsart "hoch" (entsprechend einer logischen 1), die Betriebsart "niedrig" (entsprechend einer logischen 0) und die Betriebsart "offen" (entsprechend einem nicht anliegenden Eingangssignal). Solche logischen Schaltungen mit drei Zuständen bzw. Betriebsarten sind eingehender im Handbuch "Digital Integrated Circuits", ab Seite 12, beschrieben worden, daß im Mai 1971 von der National Semiconductor Corporation veröffentlicht wurde. Wie logische NAND-Gatter mit drei Betriebszuständen (siehe Fig. 9) arbeiten, wenn Eingangssignale an diese logischen NAND-Gatter angelegt werden, ist in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Eingang 1	Eingang 2	Ausgang
1	1	offen
0	1	offen
1	0	·.". Ό
0	0	1

Wenn man die Gatter 108 mit drei Zuständen verwendet, wird vermieden, daß der Summenpunkt 115 belastet wird, d. h. daß

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Strom durch die Widerstände 109 abfließt. Es liegt also jeder der Widerstände 109 effektiv offen und ist deshalb vom Schaltungspunkt 115 abgetrennt, wenn das entsprechende der Gatter 108 unbetätigt bleibt.

Die Funktion der Oszillator- und Preemphaseschaltung 102-1 (Fig. 1) und der digitalen Umformungs- bzw. Formgebungsschaltung 106(Fig. 2) kann am besten in der Weise zusammengefaßt werden, daß man auf die in der Fig. 8 dargestellte Abfolge von Wellenformen hinweist. Die dort dargestellten Wellenformen sind entsprechend den in den Figuren 1 und 2 wiedergegebenen Schaltungspunkten beschriftet worden. Folglich wird ein Taktsignal (nicht dargestellt) bei einer geeigneten Frequenz an eine programmierbare, digitale Teilerschaltung 104 angelegt. Die Teilerschaltung 104 reagiert auf ein beispielsweise über den Eingang 102-1A an sie angelegtes Steuersignal, das durch die Wellenform R.(Fig. 8) wiedergegeben wird, derart, daß sie bei einer gewünschten Frequenz eine Aus-" gangsimpulsfolge, wie sie durchdie in der Fig. 8 dargestellten Wellenform B wiedergegeben wird, erzeugt. Wie bereits oben diskutiert, wurde, ist die Frequenz des Ausgangssignals der Teilerschaltung 1Ö4 gleich der Frequenz des zu erzeugenden sinusförmigen Signals mal vier. Fern er reagiert ein geeignetes logisches Element in der logischen Schaltung 203,z. B. ein Inverter (nicht dargestellt) auf das über den Eingang 102-A angelegte Steuersignal, um ein Zustandssignal "hoch" zu erzeugen, wie es in der Fig. 8 durch die Wellenform C wiedergegeben wird. Dieses hohe Zustandssignal wird

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an die Setzeingänge der flip-flops 201 und 202 angelegt und dadurch jeder der bezeichneten flip-flops auf eine Anfangszählung "1" gesetzt. Das soll heißen, daß die "1"-Ausgänge der flipflops 201 und 202 zu Beginn vom Steuersignal auf einen Zustand "1" gesetzt werden. Deshalb wird der Ausgang "0" des flip-flops 202 auf einen Anfangszustand "0" gesetzt, wie er in der Fig. 8 durch die Wellenform D dargestellt ist. Werden beide flip-flops 201+202 in einen Zustand "1" und deshalb die digitale Umformungsbzw. Formgebungsschaltung 106 (Fig. 2) insgesamt auf eine Zählung 1 oder 3 gesetzt, wird dadurch bewirkt, daß der "0"-Ausgang des flip-flops 202 unter Ansprechen auf den nächsten von der Teilerschaltung 104 angelegten Impuls, wie er in der Fig. 8 durch die Wellenform D wiedergegeben \ird, vom Zustand "0" in den Zustand "1" umgeschaltet wird. Danach arbeitet die Schaltung 106 als eine "normale" Schaltung, die durch vier teilt, bis sie vom nächsten zugeführten Steuersignal erneut initialisiert wird. Das Ausgangssignal der Schaltung 106 (Fig. 1), das in der Fig. 8 als Wellenform D wiedergegeben ist, wird an einem Eingang des NAND-Gatter si 08-1 mit drei Betriebszuständen und das Steuersignal, wie es in der Fig. 8 durch die Wellenform A wiedergegeben ist, über den Eingangsanschluß 102-1A an einen zweiten Eingang des NAND-Gatters 108-1 (Fig. 1) angelegt. Das Gatter 108-1 reagiert auf die angelegten Signale in der in der obigen Tabelle angeführten Weise und erzeugt eine Version des angelegten pulsierenden Signals, bei der die Impulsbreite des ersten Impulses kleiner als die der nachfolgenden Impulse ist (Wellenform E in Fig.8 und Wellenform Fig. 5).

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Im Falle dieses Beispiels ist der erste Impuls nur halb so breit wie die nachfolgenden Impulse, so daß die Amplitude der zu Beginn am Ausgang des Filters 120 gebildeten Sinuswelle Übergangs- bzw. einschwingfrei ist. Die Fig. 5 und 6, über die weiter unten noch gesprochen wird, zeigen solche Wellenformen.

Rechteckförmige Signale, die von einer flip-flopschaltung erzeugt werden, haben Amplituden, die sich ausgehend von Erdpotential bishin zu irgendeinem positiven oder negativen Potential ändern. Solche rechteckförrnigen Signale weisen eine Gleichstromkomponente, eine Grundfrequenzkomponente und ungeradzahlige Harmonische auf. Wenn das rechteckförmige Signal anschließend gefiltert würde, würde die Gleichstromkomponente in bekannter V/eise eine anfängliche Übergangsbzw. Gleichstromkomponente verursachen. Folglich kann die Gleichstromkomponente des rechteckförmigen Signals wirksam unterdrückt werden, wenn eine Vorspannungsquelle 116 ein geeignetes Gleichstrompotential an den Schaltungspunkt 115 anlegt. Das vorspannende Potential wird so ausgewählt, daß die im Punkt 115 gebildeten rechteckförmigen Signale im wesentlichen einen Mittelwert O aufweisen. Folglich werden mögliche Übergangs- bzw. Einschw^ingsignalkomponenten im wesentlichen unterdrückt, die sonst nach dem Filtern der rechteckförmigen Signale entstehen würden.

Wie bereits oben festgestellt,wurde, weist jedes an den Summenpunkt 115 angelegte rechteckförmige Signal eine Grundfrequenzkomponente und harmonische ungeradzahlige Ordnung auf. Wie bekannt ist, hat

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die dritte harmonische Komponente einer rechteckförmigen Welle eine nennenswerte Amplitude. Jedoch kann die dritte Harmonische der Signalfrequenz bei der Frequenz irgendeines anderen interessierenden Signals liegen. Polglich muß die dritte harmonische Komponente in der Regel im wesentlichen unterdrückt werden. Bisher geschah das, indem man ziemlich komplizierte Filteranordnungen verwendete, die es nötig machten, die Schaltungskomponenten abzustimmen und speziell auszuwählen, um die gewünschte Dämpfungskennlinie zu erhalten. Im\orliegenden Falle werden die unerwünschten harmonischen Komponenten jedoch unterdrückt, indem ein relativ "einfaches" Tiefpaßfilter 120 (z.B. ein Filter vierter Ordnung) verwendet wird. Das Filter 120 schließt beispielsweise einen verlustbehafteten Integrator 121 und einen Abschnitt 122 dritter Ordnung ein.

In der Fig. 7 ist die Dämpfung des Tiefpaßfilters 120 in ausgezogener Linie über der Frequenz aufgetragen. Die Dämpfungskennlinie verläuft bis zur niedrigsten interessierenden Frequenz, z. B. der Frequenz F₁, bei einer Dämpfung 0 im wesentlichen konstant. Die erwähnte Frequenz F. ist die sog. Eck- oder Knickpunktfrequenz (d. h. die Frequenz im 3-db-Dämpfungspunkt) der Frequenzkennlinie. Danach steigt die Dämpfung frequenzabhängig mit 12 db/Octave. Falls es erwünscht ist, können die sinusförmigen Signale, die erzeugt werden, bei allen interessierenden Frequenzen eine konstante Amplitude aufweisen. Die konstante Amplitude kann realisiert werden, indem die Widerstände 109-1 bis 109-M die Amplituden der einzelnen

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rechteckförmigen Ausgangssignale der Formgebungs- bzw. Umformung sschaltung 106 vorakzentuieren. Die Widerstandswerte der einzelnen Widerstände 109-1 bis 109-M werden se ausgewählt, daß sie. die Amplitude der rechteckförmigen Ausgangssignale der Gatter 108-1 bis 108-M jeweils entsprechend der Preemphasekennlinie, die in der Fig; 7 gestrichelt dargestellt ist, einstellen. Also werden die Widerstandswerte der V/i der stände 109 in der Weise ausgewählt, daß die an den Summierungspunkt 115 angelegten Amplituden der rechteckförmigen Signale entsprechend der in der Fig. 7 dargestellten Preemphasekennlinie mit der Frequenz ansteigen. Auf Grund der Tatsache, daß die Amplituden der rechteckförmigen Signale bei den interessierenden Frequenzen so eingestellt werden, wird ein Filter 120 verwendet, das wesentlich einfacher aufgebaut ist und über seinen Ausgangsanschluß 125 multifrequente sinusförmige Signale oder s'olche einer Einzelfrequenz abgibt.

Unter Betriebsbedingungen wird ein gewünschtes Einzelfrequenzoder multifrequentes sinusförmiges Signal dadurch ausgelöst, daß Steuersignale an geeignete Eingangsanschlüsse 102 einer gewünschten Anzahl von Oszillator- und Preemphaseschaltungen 102-1 bis 102-N angelegt werden. Die Steuersignale dienen dazu, die digitalen Teilerschaltungen 104 vorzusetzen, damit in periodischen Intervallen eine impulsförmige Signalfolge erhalten wird, die den ausgewählten Frequenzen entspricht, um die Stufen der Umformungsbzw. Formgebungsschaltung 106 auf eine Zählung "1" vorzusetzen und es einem geeigneten Gatter 108 zu ermöglichen, eine geänderte

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Version des recliteckförmigen Ausgangs signals der Schaltung über einen entsprechenden Preemphasewiderstand 109 an den Summenpunkt115 anzulegen. VTie bereits oben festgestellt wurde, erzeugt die Umformungsschaltung 106 in Verbindung mit individuellen Gattern 108 ein impulsförmiges Signal, dessen erster Impuls nur halb so lang wie die bei jeder Frequenz erzeugten nachfolgenden Impulse dauert. Diese Umformung bzw. Formgebung minimalisiert die Einschwingkomponenten (transient components), die sonst auftreten würden, sobald das Signal das Filter 120 durchlaufen hat.

In der Fig. 3 ist ein rechteckförmiges Signal dargestellt, das im Punkt 115 gebildet würde, wenn keine digitale Signalumformung erfolgte. Das bezeichnete rechteckförmige Signal hat unter dem Einfluß der von der Quelle 115 angelegten Vorspannung im wesentlichen einen Mittelwert 0. Die Fig. 4 zeigt das im Ausgangsanschluß 123 anliegende Ausgangssignal des verlustbehafteten Integrators 121, dessen Anfangsamplitude doppelt so groß wie die Amplitude im erwünschten eingeschwungenen Zustand ist. Die in der Fig. 4 unterbrochen wiedergegebene Linie zeigt eine zeitveränderliche Gleichstromkomponente, die ebenfalls gebildet würde. Am Sjnuswellenausgang 125 des Filters 120 (Fig. 1) erscheinen dann entsprechende Einschw^ingkomponenten. Diese Einschwingkomponenten werden durch die Anfangsreaktion des Filters 120 auf das angelegte rechteckförmige Signal, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, verursacht. Es ist bekannt, daß Filteranordnungen mit einem verlustbehafteten Integrator oder dergleichen auf ein angelegtes rechteckförmiges Signal hin

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Einschwingkomponenten erzeugen, die nach einer Reihe von Perioden des angelegten Signals abnehmen bzw. verschwinden. Die Fig. 4 gibz einen solchen Einschwingzustand wieder. Diese Einschwingkomporienten werden durch die anfänglichen Betriebszustände des Integrators 121 und deshalb des Filters 120 verursacht. Speziell der Integrator 121, dessen Ausgangssignal anfangs den Potentialpegel O aufweist, reagiert ausgangsseitig auf den ersten positiven Impuls des rechteckförmigen Signals über das gesamte Impulsbreitenintervall hinweg. Also ist die Amplitude des anfänglichen Ausgangsignales des Integrators 121 und deshalb des Filter 120 doppelt so groß wie die im nachfolgenden eingeschwungen Zustand. Solche Einschwingkomponenten sind wegen des hohen dem Nachrichtenkanal zugeführten Amplitudenenergiestoßes besonders in Fernsprechsystemen (telephone communication systems) unerwünscht. Solche Energiestöße würden unerwünschte Effekte wie etwa Rauschen, Übersprechen und dgl. auslösen.

Die Fig. 5 zeigt ein rechteckförmiges Signal, das gebildet wurde, indem man die digitale Umformungsschaltung 106 in Verbindung mit einzelnen Gattern 108 verwendete. Der erste Impuls ist kürzer und beispielsweise nur halb so breit wie die nachfolgenden Impulse. Folglich ist das Anfangsintegrationsintervall des Integrators 121 nur halb so groß wie die nachfolgenden Integrationsintervalle, wodurch das Einschwingen minimal wird. Die Fig. 6 zeigt das resultierende Signal, nach dem die rechteckförmigen, in der Fig. 5 abgebildeten Signal den verlustbehafteten Integrator 121 durchlaufen haben. Das Ausgangssignal dieses Integrators passiert den Filter-

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abschnitt 122 dritter Ordnung, der dann über seinen Ausgangsanschluß 125 das gewünschte sinusförmige Signal abgibt.

Die oben beschriebenen SchaltungsanoDdnungen sind natürlich nur als Beispiel angeführt worden. Fachleute können zahlreiche andere Anordnungen entwerfen, ohne über Inhalt und Umfang des bisher Ausgesagten hinauszugehen. Zum Beispiel kann darauf verzichtet werden, eine Vorspannungsquelle zu verwenden, um einen Signalmittelwert 0 zu realisieren, wenn statt dessen logische Gatter oder dgl. eingebaut werden, die sowohl ein positives als auch negatives Ausgangspotential aufweisen. D. h., das Ausgangssignal der Gatter 1o8 (Fig.1) könnte zwischen gleichen positiven und negativen Potentialen hin und her schwingen. Außerdem können in gleicher ¥eise weitere Anordnungen verwendet werden, um die gewünschte Wellenumformung und Preemphase der rechteckförmigen Signale zu erreichen.

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Claims

BLUMBACH ■ WEciER . BER3EN & KRAMER PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN 2430076 DiPL-ING. P. G. BLUMEACH . DIPL.-PHYS. DR. W. WESER . DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER 62 WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 . TEL. (06121) 562943, 561998 MONGHEN V/ESTERN ELECTRIC COMPANY, Pezzutti, D. A. INCORPORATED 195 Broadway, New York, New York 10007, USA Patentansprüche

1. Digitalsignalgenerator mit wenigstens einer digitalen Teilerschaltung zum Erzeugen eines pulsierenden Signals und einem mit deren Ausgang verbundenen Filter, das aus dem pulsierenden Signal ein im wesentlichen sinusförmiges Signal auskoppelt,· dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (120) eine mit zunehmender Frequenz abnehmende Filterkennlinie aufweist, und die Grundfrequenz des an seinem Eingang anliegenden pulsierenden Signals im Bereich des abnehmenden Kennlinienteils liegt und

daß mit dem AUsgang jeder digitalen Teilerschaltung (102-1 bis ' 102-N) eine Pegelsetzschaltung (109-1 bis 109-N) verbunden ist, die die Amplituden der pulsierenden Signale bei jeder jeweiligen Grundfrequenz so vorakzentuiert, daß das Filter (120) bei den

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jeweiligen Frequenzen im wesentlichen sinusförmige Ausgangssignale erzeugt, die in einem vorher bestimmten Amplitudenverhältnis zueinander stehen, z. B, im Verhältnis gleicher Amplituden.

2. Generator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Teilerschaltung (102) eine Schaltungsanordnung (106-, 108) aufweist, die eine auf getastete Ausgangsrechteckimpulsfolge mit einer während der ersten Halbperiode kürzeren Impulsdauer als während der nachfolgenden Halbperioden erzeugt (Fig.5, 6), damit das Einschwingen des Filters (120) minimalisiert wird.

3. Generator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (106, 108) zum Erzeugen eines aufgetasteten Rechtecksignals ein Ausgangssignal mit einer Signaldauer liefert, die während der ersten Halbperiode nur halb so groß wie während der nachfolgenden Halbperioden der Rechteckimpulsfolge ist.

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