DE2646367C2

DE2646367C2 - Detektor von Übergängen eines Signals

Info

Publication number: DE2646367C2
Application number: DE2646367A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre van Chevilly Larue Rungis Uffelen
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1975-10-27
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1981-09-24
Also published as: JPS5254359A; GB1505059A; FR2330206A1; US4079327A; FR2330206B1; DE2646367A1; JPS5931898B2; CA1081788A

Description

3. Übergangsdetektor nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß. wenn die Ausgangssignale der Integraiionjschaltungen (3, 8) untere oder obere Integrationsgrenz η erreichen, diese Signale automatisch in einen der anderen Grenze entsprechenden Zustand gebracht werden.

4. Übergangsdetektor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (13) vorgesehen ist zum Speichern des Signalweries des von der ersten Integrationsschaltung (3) gelieferten Signals zu einem gegebenen Zeitpunkt und daß Steuermittel (19 bis 22) vorgesehen sind, welche den gespeicherten Signalwert zur zweiten Integrationsschaltung (8) übertragen nach einem der von der Verzögerungsschaltung (7) herbeigeführten Verzögerung τ entsprechenden Zeitabschnitt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor von Übergängen eines Signals zur Lieferung von Impulsen, die die Zeitpunkte des Durchgangs eines Signals durch einen Schwellwert kennzeichnen, wobei dieser Detektor pine Vergleichsschaltung enthält, die das Signal mit dem Schwellwert vergleicht und ein rechteckiges Signal liefert, dessen Wert dem Vorzeichen des Unterschiedes zwischen dem Signal und dem Schwellwert entspricht, Wobei diese Vergleichsschaltung mit einer Integrations-Schaltung verbunden ist, die ein Signal liefert, das in Abhängigkeit Von dem Wert des genannten rechteck!* gen Signals zu* oder abnimmt

Insbesondere wird ein derartiger Übergangsdetektor In dem Empfänger eines Datenübertragungssystems verwendet, um den Ortstaktgeber des Empfängers auf die Übergänge des empfangenen Datensignal nachzu-

regeln.

In der französischen Patentschrift 20 98 925 ist em Übergangsdetektor vom obengenannten Typ beschrieben, in dem die Übergänge der Daten, die mit den Flanken des Rechtecksignals zusammenfallen, als die Nulldurchgangszeitpunkte des von der Integrationsschaltung gelieferten Signals detektiert werden. Durch diese Wirkung in bezug auf das rechteckige und integrierte Datensignal kann grundsätzlich in gewissem

ίο Maße vermieden werden, daß Streuübergänge infolge des Rauschens, von denen das empfangene Datensignal beeinflußt werden kann, detektiert werden, denn die Integration ist einer Filterung des Rauschens äquivalent. In diesem bekannten Detektor ist diese Filterung aber

i> nicht optimal, weil der Integrator periodisch wieder auf Null gesetzt und bei bestimmten Vorderflanken des Signals des nachzuregelnden Taktgebers ausgeschaltet wird, wodurch die Integrationsdauer bis zu dem Nulldurchgang des integrierten Signals von dem

so Unterschied zwischen dem Datensignal und dem Taktgebersignal abhängig ist. Diese Integrationsdauer und somit die Filterung sind also veränderlich und können sogar auf Null herabgesetzt werden. Ein anderer Nachteil der vorgenannten Vorrichtung ist der.

-'i daß sie nur Übergänge für einen beschränkten Unterschied zwischen dem Datensignal und dem Taktgebersignal detektiert. Damit sie bei größeren Unterschieden nocr arbeiten kann, muß ihr zusätzlich eine Vorrichtung zugeordnet werden, die das Fehlen

jo detektierter Übergänge detektiert und eine gewisse Verschiebung des Taktgebersignals steuert, um eine befriedigende Wirkung zu erhalten.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie einen Übergangsdetektor verschafft, der

ü eine optimale Filterung des Rauschens sichert und keine einzige Beschränkung in bezug auf die Unterschiede zwischen den Taktgebersignalen und den Datensignalen aufweist.

Nach der Erfindung ist der mit der Integrationsschaltung verbundene Ausgang der Vergleichsschaltung mit einem anderen Schaltungszweig verbunden, der die Reihenanordnung einer Verzögerungsschaltung und einer zweiten Integrationsschaltung enthält, die mit der ersten Integrationsschaltung identisch ist, und werden

4» die Ausgangssignale der zwei Integrationsschaltungen einer Schaltung zugeführt, die die Gleichheit dieser beiden Signale detektien. um die gewünschten Impulse zu liefern.

Es ist günstig, diesen Übergangsdetektor in digitaler

>n Form auszubilden. i,idem insbesondere als Integrationsschaltungen Vorwärts/Rückwärtszählschaliungen von Taktimpulsen mit einer in bezug auf die Frequenz des Datensignals verhältnismäßig hohen Frequenz benutzt werden.

r> Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I das Schaltbild des Übergangsdetektors nach der Erfindung,

F i g. 2 Diagramme zur Erläuterung des Basisprinzips des Detektors nach der Erfindung, und

F i g. 3 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Detektors nach F i g< I.

Der Eingangsklemme I des Übergangsdeieklörs nach der' Erfindung, der in F¹Ig₁I dargestellt ist, wird ein Signal v(t) zugeführt, Nachstehend wird davon ausge* gangen, daß es sich UnI das in einem Empfänger empfangene Datensignal handelt. Dieser Detektor dient zur Lieferung von impulsen, deren Auftrittszeilpunkte

die Zeitpunkte des Durchgangs des Signals v(t) durch einen Pegelschwellwert ^₁ kennzeichnen. Die Klemme t ist mit einem Eingang der Vergleichsschaltung 2 verbunden, deren anderer Eingang die Schwellwertgleichspannung η empfängt. Der Ausgang der Vergleichsschaltung liefert ein rechteckiges Signal V(t), das die Werte + V oder — V annimmt, je nachdem das Vorzeichen des Unterschiedes v(t)— v> positiv oder negativ ist. Die Durchgänge des Signals v(t) durch den Schwellwert ν (oder die Übergänge) treten zu den gleichen Zeitpunkten wie die Flanken des rechteckigen Signals V(t) auf.

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 2 ist mit einer Integrationsschaltung 3 verbunden, die ein Signal liefert, das in Abhängigkeit von dem Wert + Voder — Vdes rechteckigen Signals V(t) zu- oder abnimmt. Da der Detektor nach Fig. 1 in digitaler Form ausgebildet ist, ist die Integrationsschaltung 3 ein Vorwärts/Rückwärtszähler, der an seiner Klemme 4 Taktimpulse empfängt, die von dem Generator 5 geliefert werden, und der diese Impulse in Abhängigkeit von dem Wert + Voder — V des rechteckigen Signals V(i), das seiner Steuerklernrnc 6 zugeführt wird, vorwärts oder rückwärts . ähll. Die

Frequenz — der Taktimpulse ist selbstverständlich in

bezug auf die Inverse der Dauer eines Elements des Signals V(i) verhältnismäßig hoch. Der Inhalt des Vorwärts/Rückwärtszählers 3 ist eine binäre Zahl, deren η Elemente an seinen Ausgängen 31 bis 3„ /ur Verfügung stehen.

In der vorgenannten französischen Patentschrift 20 98 925 wird der Vorwärts/Rückwärtszähler 3 periodisch auf Null zurückgesetzt und von Vorderflanken des Signals des Taktgebers ausgeschaltet, der auf die Übergänge des empfangenen Datensignals nachgere gelt werden soll, und dann ergeben sich die obengenannten Nachteile.

In dem Detektor nach der Erfindung wird der Vorwärts/Rückwärtszähler 3 während des Betriebes nie auf Null zurückgesetzt und wird der Ausgang der Vergleichss'haltung 2 außerdem mit einer Verzöge rungsschaltung 7 verbunden, die im Signal V(t) eine Verzögerung r herbeiführt. Diese Verzögerungsschal· tung wird mit einer Integrationsschaltung 8 verbunden, die mit der Integrationsschaltung 3 identisch ist. In digitaler Form ist die Verzögerungsschaltung 7 ein Schieberegister mi; N Elementen, cijs von Schiebeimpulsen betrieben wird, die die Frequenz — der Impulse

des Generators 5 aufweisen, so daß die von der Verzögerungsschaltung 7 hervorgerufene Verzögerung r gleich N ■ At ist. Die Integrationsschaliung 8 ist ein Vorwärts/P.ückwärtszähle.·, der an seiner Klemme 9 die Taktimpulse des Generators 5 empfängt und derart gesteuert wird, daß er diese Impulse in Abhängigkeit von dem Wert des Signals V(t), das um τ verzögert ist und seiner Steuerklemme 10 zugeführt wird, vorwärts oder rückwärts zählt. Der Inhalt des Vorwärts/Rückwärtszählers 8 ist eine Pinäre Zahl, deren η Elemente an seinen Ausgängen 8i bi.* 8„ zur Verfügung stehen.

Die Ausgangssignalt' der beiden Integrationsschaltungen 3 und 8, ti hi 4ie binären Zahlen, die an den Ausgängen 3| bis 3„ und 8| bis 8_rf verfügbar sind, Werden der Schaltung 11 zugeführt, die die Gleichheit dieser beiden Signale detektieftj zu den Zeitpunkten der Gleichheit liefet diese Schaltung M an ihrem Ausgang die gewünschten Impulse, die die Übergänge des Datensignals kennzeichen.

Die Wirkung des oben beschriebenen Übergangsde tektors basiert auf den lolgenden Betrachtungen:

— Das rechteckige Signal V(t), das von Vergleichsschaltung 2 geliefert wird, kann wie folgt geschrieben werden:

V(D - Sun hit) - ι·y.

wobei Sgn steht für »Vorzeichen von«.

— Indem auf kontinuierliche Weise das Integra! von V(t) während eines konstanten Zeitintervalls, d. h. die Funktion

Ki)

un hü) -

berechnet wird, kann gezeigt werden, daß die Nulldurchgangszeitpunkte dieses Integrals zu Zeitpunkten auftreten, die um - in bezug aaf die

Übergänge des rechteckigen Sigr.ils V(t) verzögert sind, und alsc als die die Übergänge kennzeichnenden Zeitpunkte benutzt werden können.

Dies ist in F ι g. 2 dargestellt, in der das Diagramm 2a einen Teil des rechteckigen Signals V(t) zeigt, der die Werte + Vund - Vannehmen und zwei Übergänge Tr, und Tr₂ aufweisen kann. Das Diagramm 2b stellt die hi Funktion F(t) dar. die durch die Fomel (1) definiert wird, und es ist ersichtlich, daß diese Funktion zu

Zeitpunkten ausgeglichen wird, die um - in bezug auf

die Zeitpunkte verzögert sind, zu denen die Übergänge

η Tn. Tn auftreten.

Der Übergangsdetektor nach der Erfindung wirkt also derart, daß er die Zeitpunkte detektiert, zu denen die Funktion ff/,), die durch die Formel (1) definiert wird, ausgeglichen wird. Es sei bemerkt, daß auf diese Weise

4Ii die Integrationszeit des Signals V(t) eine konstante Dauer aufweist und diese Integrationszeit kann derart gevühlt werden, daß sie einer optimalen Filterung des empfangenen Datensignals entspricht. Für eine Datenübertragung mit der Geschwindigkeit \<T ist die

■n optimale Integrationszeit gleich T. Dieser Wert entspricht dem minimalen Rauschband, wenn Interferenzen zwischen Symbolen vermieden werden sollen.

Die in der Praxis in dem Detektor nach der Erfindung durchgeführten Vorgänge leiten sich von einer Zerle-

V) gung des Integrals der Formel (1) in zwei Integrale ab. Durch elementare Berechnungen kann nachgewiesen werden, daß:

Hn I\(i) F₇(D.

wobei

I₁(D Sun hit) vjdi

' IO

I₁(D - Sun hit) - i> rjdi

J- -00

Die Funktion F\(t) entspricht der integration des Signals Sgn[v(t)- v,], d. h. des rechteckigen Signals V(t),

das von der Vergle'.chsschiltung 2 geliefert wird. Die Funktion Fi(t) entspricht dör Integration des Signals Sgn[v(t-t)-v^\, d.h. eines Signals V(t-r), das am

Ausgang der Verzögerungsschaltung 7 erhalten wird, die V(t)\im die Zeit τ verzögert.

Um endgültig die Übergänge als die Zeitpunkte zu detektieren, zu denen die Funktion i(l) ausgeglichen wird, genügt es nach der Formel (2), die Zeitpunkte zu detektieren. ZU denen F₁(I) = F₂(I) ist. Dies wird im Schaltbild nach Fig. 1 mittels der numerischen Vergleichsschaltung 11 erhalten, die jeweils einen Impuls liefert, wenn die Zahlen an den Ausgängen der Vorwärts/Rückwärtszähler 3 und 8 dieselben sind, jeder dieser Impulse kennzeichnet einen Übergang des "Datensignal und tritt, wie aus Öbenslehendem

ersichtlich ist, mit einer Verzögerung von - in bezug auf

diesen Übergang auf.

Die die Funktionen F\(t) und Fi(I) bestimmenden Integrale werden nicht genau bekannt sein, es sei denn, daß die beiden Vorwärts-ZRückwärtszähler 3 und 8 wenigstens beim Inbetriebsetzen des Detektors denselben Inhalt haben. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch herbeiführen, daß die beiden Zähler, einmalig, bei der Inbetriebsetzung des Detektors in die Nullstellung gebracht werden.

In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. I sind die Funktionen F\(t) vmd F₂(t)\n digitaler Form von den Vorwärts/Rückwärtszählern 3 und 8 berechnet, die auf kontinuierliche Weise arbeiten, ohne daß sie auf Null Zurückgesetzt werden. Das Ergebnis dieser Integration steht zu jedem Zeitpunkt in Form einer binären Zahl an ihren Ausgängen 3i bis3„und8i bis 8„zur Verfugung.

Da jedoch die die Funktionen F\(t) und F₂(I) definierenden Integrale nur bis auf eine Konstante bekannt sind, ist es für die richtige Wirkung des Detektors notwendig, die Anforderung zu stellen, daß diese beiden Integrale mit derselben Konstante berechnet werden. Diese Bedingung kann dadurch erfüllt werden, daß die Anforderung gestellt wird, daß die Funktion f₂(t) zu gewissen Zeitpunkten u den Wen annimmt, den die Funktion F\(i)iu einem vorhergehenden Zeitpunkt fi = I₂-τ aufwies. In Fig. 1 wird dies dadurch erzielt, daß in dem Speicher 13 der Wert der Zahl an dem Ausgang des Vorwärts/Rückwärtszählers 3 zu einem Zeitpunkt u gespeichert wird, zu dem ein Srhreihimnul¹; auftritt, und daß der Ausgang da Vorwärts/Rückwärtszählers 8 zwangsweise diesen Wert zu einem Zeitpunkt t> = Λ + r annimmt, zu dem ein Leseimpuls auftritt.

Dazu sind die Ausgangsklemmen 3i bis 3„ des Vorwärts/Rückwärtszählers 3 mit den Eingangsklemmen 14i bis 14„ des Speichers 13 verbunden. Das Einschreiben der den Klemmen 14| bis 14„ zugeführten binären Zahl in den Speicher 13 erfolgt zu dem Zeitpunkt zu dem an der Klemme 15 dieses Speichers ein Schreibimpuls auftritt. Übrigens wird die im Speicher 13 vorhandene binäre Zahl diesem Speicher entnommen, und den Klemmen 17i bH 17„ des Vorwärts/Rückwärtszählers 8 zu dem Zeitpunkt zugeführt, zu dem an der Klemme 16 dieses Speichers ein Leseimpuls auftritt, der in bezug auf den Schreibimpuls um ein Zeitintervall τ verzögert ist. Dieser Leseimpuls wird zugleich der Steuerklemme 18 des Vorwärts/Rückwärtszählers 8 zugeführt, um zu bewirken, daß letzterer in einen vorbestimmten Zustand gebracht wird, der der den Eingängen 17· bis 17„ zugeführten binären Zahl entspricht

Es ist genügend, daß diese Reihenfolge des Schreibund des Leseimpulses einmal beim Inbetriebsetzen des Detektors auftritt Diese Reihenfolge kann auch

einer Dauer —

periodisch erhalten werden.

Dazu ist ein Frequenzteiler 19 vorgesehen, der die

Frequenz — der vom Generator 5 gelieferten Impulse

A ι

durch N teilt und wird der Ausgang dieses Teilers derart gesteuert, daß Impulse mit einer Dauer Δι geliefert werden, die also mit der Periode N< I auftreten. Die Leseimpulse werden am Ausgang eines UND-Gatters 20 erhallen, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Generators 5 bzw. mit dem Ausgang des Frequenzteilers 19 verbunden sind. Die Schreibimpulse werden am Ausgang eines UND-Gatters 21 erhallen, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Generators 5 über die Umkehrschaltung 22 bzw. mit dem Ausgang des Frequenzteilers 19 verbunden sind. Diese Vorrichtung ermöglicht es, Schreibimpulse und Leseimpulse mit

zu erhalten, die mit der Frequenz

—— auftreten. Ein Leseimpuls folgt einem Schreibim-Λ I;

puis und wird von diesem durch /V Perioden Δι getrennt Die Diagramme der Fig. 3 veranschaulichen die Wirkungsweise des Übergangsdeiektors nach Fig. 1. Das Diagramm 3A stellt das rechteckige Datensignal V(I) dar. das aus Elementen mit einer Dauer T zusammengesetzt ist. die die Werte + V oder - V annehmen.

Das Diagramm 3B stellt dieses Signal V(I) mit einer Verzögerung von z. B. einer Zeit r gleich T dar. Im Diagrani.w 3c stellt die Treppenkurve a das Ergebnis der Integration des Signals nach dem Diagramm 3A dar, wie es vom Vorwärts/Rückwärtszähler 3 geliefert wird, während die Treppenkurve b das Ergebnis der Integration des Signals nach dem Diagramm 3B darstellt, wie es vom Vorwärts/Rückwärtszähler 8 geliefert wird. Die Schnittpunkte der Kurven a und b kennzeichnen die Übergänge des Signals V(i) nach dem Diagramm 3A und treten mit einer Verzögerung von

- in bezug auf diese Übergänge auf. Das Diagramm 3E

zeigt die entsprechenden Impulse Tn bis 7Adic von der Vergleichsschaltung 11 geliefert werden.

Im Diagramm 3C wird angenommen, daß die Vorwäm/Rückwärtszähler 3 und 8 eine derartige Kapazität aufwiesen, daß die oberen und unteren Zählgrenzen nie erreicht werden.

Der erfindungsgemäße Detektor kann jedoch auch mit Vorwärts/Rückwärtszähtern mit einer beschränkten Kapazität arbeiten, so daß die oberen und unteren Zählgrenzen erreicht werden, vorausgesetzt, daß diese Kapazität größer als die maximale Anzahl N der Impulse ist. die während der Zeitdauer r, die im vorliegenden Falle gleich Tist. gezählt werden.

Das Diagramm 3D zeigt einen derartigen Fall. In diesem Diagramm ist für die Vorwärts/Rückwärtszähler

3 und 8 eine Zählkapazität gleich 3 - gewählt, wobei die unteren und oberen Zählgrenzen dann 0 und ^:— sind

Die Treppenkurve c stellt den Inhalt des Zählers 3 dar. Diese Kurve, die dem Integral des Signals V(i) des Diagramms 3A entspricht weist zu jedem Zeitpunkt die gleiche Neigung wie die Kurve a des Diagramms 3C auf, aber besitzt an gewissen Stellen Diskontinuitäten; wenn

die äußerste Lage 0 oder —- des Zählers während der

Dauer eines Elements des rechteckigen Signals V(t) erreicht wird, wird dieser Zähler in die andere äußerste

.3,V

Lage — öder O versetzt. Dieser Befriebsmodus ist für

einen Vorwärts/Rückwärtszähler gebräuchlich. Die Kurve d, die den Irihall des Zählers 8 darstellt, ist auf gleiche Weise, ausgehend von dem fechteckigen Signal

des Diagramms 3b, aufgebaut. Die Schnittpunkte der Kurven 6'üfid c/treten zu denselben Zeitpunkten wie die der Kurven an und b des Diagramnls 3G auf und kennzeichnen auf gleiche Weise die Obergänge des rechteckigen Signals V(Q.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Detektor von Übergängen eines Signals zur Lieferung von Impulsen, die die Zeitpunkte des Durchgangs eines Signals durch einen Schwellwert kennzeichnen, wobei dieser Detektor eine Vergleichsschaltung enthält, die das Signal mit dem Schwellwert vergleicht und ein rechteckiges Signal liefert, dessen Wert dem Vorzeichen des Unterschiedes zwischen dem Signal und dem Schwellwert entspricht, wobei diese Vergleichsschaltung mit einer ersten Integrationsschaltung verbunden ist, die ein Signal liefert, das in Abhängigkeit von dem Wert des genannten rechteckigen Signals zu- oder abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Integrationsschaitung (3) verbundene Ausgang der Vergleichsschaltung (2) mit einem anderen Schaltungszweig verbunden ist, der die Reihenanordnung einer Verzögerungsschaltung (7) und einer ~yeiten Integrationsschaltung (8) enthält, die mit der ersten Integratinnsschaltung (3) identisch ist, wobei die Ausgangssignale der beiden Integrationsschaltungen einer Schaltung (11) zum Detektieren der Gleichheit dieser beiden Signale zugeführt werden, um die gewünschten Impulse zu liefern.

2. Übergap.gsdctektor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Integrationsschaltungen (3, 8) je als eine Vorwärts/Rückwärtszählerschaltung ausgebildet sind, die Taktimpulse je nach dem Wert des genannten rechteckigen Signals vorwärts und rückwärts zählt.