DE3628222A1 - Digitaler huellkurvendetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfas­ sung des Vorhandenseins oder Fehlens eines Trägersignals, insbesondere einer Infrarot-Trägerschwingung.

Fernsehempfänger mit Fernsteuerung werden immer beliebter. Der Fernsteuer-Handapparat erlaubt es dem Benutzer, den Betrieb des Fernsehempfängers und anderer Anschlußgeräte wie z. B. eines Videocassettenrecorders zu steuern, ohne daß er aufstehen und das Gerät berühren muß.

Bei einem ferngesteuerten Fernsehsystem der Firma RCA sen­ det der Fernsteuer-Handapparat an das Fernsehgerät Nach­ richten in Form aufeinanderfolgender Schwingungsstöße oder "Bursts" eines Infrarot-Trägersignals, das eine feste Fre­ quenz von 56,875 KHz und somit eine Periode von 17,6 Mikro­ sekunden (µs) hat. Eine solche Infrarot-Nachricht setzt sich zusammen aus einem Zeichenschritt (ein Burst des In­ frarotsignals von mindestens 4 Millisekunden (ms)Dauer), einem Pausenschnitt (Fehlen des Infrarotsignals für die Dauer von 4 ms), einem Synchronimpuls (Vorhandensein des Infrarotträgers für eine Dauer von 0,5 ms) und nachfolgend 24 Datenbits. Die Datenbits bestehen ihrerseits aus vier Einleitungsbits, die den Adressaten der Nachricht anzei­ gen (z. B. Videocassettenrecorder, Fernsehempfänger, usw.), anschließend acht Befehlsbits, welche die eigentliche durch­ zuführende Funktion angeben, und hiernach das logische Kom­ plement der vier Einleitungsbits und acht Befehlsbits. Der Logikwert "Null" und der Logikwert "Eins" werden durch den jeweiligen Abstand zwischen den Infrarot-Synchronimpulsen konstanter Dauer von 0,5 ms ausgedrückt. So wird beispiels­ weise eine logische "Null" durch ein 2 ms dauerndes Fehlen und eine logische "Eins" durch ein 1 ms dauerndes Fehlen des Infrarot-Trägersignals zwischen aufeinanderfolgenden Synchronimpulsen ausgedrückt. Trotzdem haben, da das Kom­ plement jedes Datenbits ebenfalls gesendet wird, alle Nach­ richten immer dieselbe Dauer, nämlich 56,5 ms.

Im Fernsehempfänger wird das Infrator-Trägersignal gefühlt, verstärkt, einer Bandpaßfilterung unterworfen und decodiert. Die Decodierung des Infrarot-Trägersignals ist eine in drei Stufen erfolgende Signalverarbeitung, nämlich Hüllkurven- Demodulation (d. h. Erfassung des Bursts des Infrarot-Trä­ gers), Bit-Decodierung und Decodierung der Nachricht. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Schaltungsanordnung zur Erfassung des Vorhandenseins oder Fehlens des Infrarot- Trägers gerichtet, d. h. auf die Erfassung der Hüllkurve des Trägers.

Der erfindungsgemäße Hüllkurvendetektor enthält einen er­ sten und einen zweiten Zähler, die beide in Intervallen von 4 Mikrosekunden taktgesteuert werden. Die beiden Zäh­ ler sind mit dem erfaßten Infrarot-Trägersignal derart gekoppelt, daß der erste Zähler zählt, wenn das erfaßte Infrarot-Trägersignal "hoch" ist, und daß der zweite Zäh­ ler zählt, wenn dieses Signal "niedrig" ist. Der erste und der zweite Zähler zählen vorwärts bis zu jeweils einem eigenen oberen Grenzwert (z. B. 8 und 16). Wenn irgendeiner der Zähler seinen oberen Grenzwert erreicht, dann werden beide Flipflops zurückgesetzt. Gleichzeitig wird, je nach­ dem, um welchen Zähler es sich handelt, ein Hüllkurven- Zustandsflipflop gesetzt oder zurückgesetzt, womit das Vorhandensein oder Fehlen eines Infrarot-Trägersignals an­ gezeigt wird. Das Ausgangssignal des Hüllkurven-Zustands­ flipflops wird dann auf die nächste Stufe der Bit-Decodie­ rung und zur Decodierung der Nachricht gegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hüllkurvendetektors.

Fig. 2 und 3 sind Zeitdiagramme zur Veranschaulichung des Betriebs des Hüllkurvendetektors nach Fig. 1.

Gemäß der Fig. 1 wird das erfaßte Infrarot-Trägersignal A, das aus Bursts einer Schwingung fester Frequenz besteht, auf einen der Eingänge eines mit zwei Eingängen versehenen Vergleichers 20 des hier zu beschreibenden Hüllkurvendetek­ tors 10 gegeben. Der Vergleicher 20 ist als Schwellendetek­ tors 10 gegeben. Der Vergleicher 20 ist als Schwellendetek­ tor angeordnet; an seinem zweiten Eingang empfängt er eine feste Spannung (z. B. 1,6 Volt). Das Ausgangssignal B des Vergleichers 20 gelangt an den Einschaalt- oder Aktivierungs­ eingang eines vierstufigen Zählers 30. Das Vergleicher-Aus­ gangssignal B erfährt außerdem eine Komplementbildung in einem Inverter 40, der den invertierten Wert B dieses Sig­ nals an den Einschalt- oder Akivierungseingang eines fünf­ stufigen Zählers 50 legt. Der Vergleicher 20 dient dazu, das erfaßte eingangsseitige Infrarot-Trägersignal in ein Zweipegelsignal umzuwandeln, das zwischen zwei Logikpegeln wechselt, die sich zur Ein- und Ausschaltung der Zähler 30 und 50 eignen.

Die verschiedenen Signale B, C, D, usw., die an den ent­ sprechend bezeichneten Verbindungsleitungen in Fig. 1 auf­ treten, sind durch die entsprechend bezeichneten Wellenfor­ men B, C, D, usw. in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Ein Taktsignal C, das eine Frequenz von 250 KHz und somit eine Periode von 4 µs hat und aus einem Taktsignalgenera­ tor 62 kommt, wird an die Takteingänge der beiden Zähler 30 und 50 gelegt. Je nachdem, ob das erfaßte Infrarot-Trä­ gersignal B gerade "hoch" oder gerade "niedrig" ist, wer­ den die Taktimpulse vom Zähler 30 oder vom Zähler 50 ge­ zählt, wie es die Zeitdiagramme in den Fig. 2 und 3 veranschaulichen.

Statt der hier als Beispiel genannten Taktfrequenz von 250 KHz (die etwa dem Vierfachen der Trägerfrequenz von 56,875 KHz entspricht) kann auch jede beliebige andere Taktfrequenz benutzt werden, vorausgesetzt, sie ist ein geeignetes Viel­ faches der Trägerfrequenz.

Der vierstufige Zähler 50 besteht aus vier Flipflops 32, 34, 36 und 38, die hintereinandergeschaltet sind, um einen Frequenzteiler zu bilden, der immer dann ein Ausgangssignal entwickelt, sobald von denjenigen Taktimpulsen, die während der Zeiten des "hohen" Pegels des Signals B erscheinen, acht Exemplare aufgelaufen sind. Der fünfstufige Zäher 50 be­ steht aus fünf Flipflops 52, 54, 56, 58 und 60, die in Kas­ kade geschaltet sind, um einen Vorwärtszähler zu bilden, der ein Ausgangssignal immer dann entwickelt, sobald von denjenigen Taktimpulsen, die während der Zeiten eines "nied­ rigen" Pegels des Signals B erscheinen, sechzehn Exemplare aufgelaufen sind.

Wie bereits oben andedeutet, zählen der vierstufige Zähler 30 und der fünfstufige Zähler 50 vorwärts bis zu ihrem je­ weiligen Grenzwert 8 bzw. 16, bevor sie zurückgestellt werden. Bei der Wahl der oberen Grenzwerte sind mehrere Dinge zu berücksichtigen, wie z. B. das Tastverhältnis des Infrarot-Trägersignals, die Rauschfestigkeit, die Ansprech­ zeit und die gewünschte Einfachheit der Schaltung.

Die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel getroffene Wahl von 8 und 16 für die oberen Grenzwerte der Zähler 30 und 50 ist für den Fall eines Tastverhältnisses von 50% des Infra­ rot-Trägersignals ein guter Kompromiß zwischen einerseits der erforderlichen Rauschfestigkeit und Geschwindigkeit für den vorliegenden speziellen Anwendungsfall und anderer­ seits einer relativ einfachen Ausführung der Logik.

Das Ausgangssignal D des Zählers 30 wird an den Setzein­ gang und das Ausgangssignal E des Zählers 50 an den Rück­ setzeingang eines Setz/Rücksetz-Flipflops 70 gelegt, das man seiner Funktion nach als Hüllkurven-Zustandsflipflop bezeichnen kann. Wenn das Ausgangssignal D des letzten Flipflops 38 des vierstufigen Zählers 30 "hoch" wird, dann liefert das Hüllkurven-Zustandsflipflop 70 an seinem Aus­ gang 80 einen "hohen" Logikpegel, wie es die Wellenform F in Fig. 2 zeigt. Wenn andererseits das Ausgangssignal E des letzten Flipflops 60 des fünfstufigen Zählers 50 "hoch" wird, dann liefert das Hüllkurven-Zustandsflipflop 70 an seinen Ausgang 80 einen "niedrigen" Logikpegel, wie es die in der Zeile F der Fig. 3 dargestellte Wellenform zeigt.

Der Ausgang des Hüllkurven-Zustandsflipflops 70 ist also "hoch" oder "niedrig" und zeigt damit das Vorhandensein bzw. Fehlen der Hüllkurve des erfaßten Infrarotträgers an, je nachdem, ob es der vierstufige Zähler 30 oder der fünf­ stufige Zähler 50 ist, der als erstes seinen jeweiligen oberen Grenzwert 8 bzw. 16 erreicht (d. h. als erstes ein Ausgangssignal auf seiner Ausgangsleitung D bzw. E lie­ fert.).

Außerdem werden, immer wenn einer der Zähler 30 und 50 seinen oberen Grenzwert 8 bzw. 16 erreicht, beide Zähler auf einen Anfangs- oder Nullzustand zurückgestellt. Die Rückstellung der Zähler 30 und 50 erfolgt durch eine Zäh­ ler-Rückstelleinrichtung 90, die aus einem mit zwei Ein­ gängen versehenen ODER-Glied 100 und einem D-Flipflop 110 besteht. Die Ausgangsleitungen D und E der Zähler 30 und 50 sind mit den beiden Eingängen des ODER-Gliedes 100 ver­ bunden. Das ODER-Glied 100 liefert auf seiner Ausgangs­ leitung G einen "hohen" Logikpegel immer dann, wenn die Eingangsleitung D oder die Eingangsleitung E "hoch" ist. Der Ausgang des ODER-Gliedes 100 führt zum D-Eingang des Rückstellflipflops 110, das in Intervallen von 4 µs durch das Taktsignal C taktgesteuert wird. Im einzelnen wird das Taktsignal C in einem Inverter 120 komplementiert, und sein invertierter Wert C wird an den Takteingang des Rückstell­ flipflops 110 gelegt. Die Rückstellung der Zähler 30 und 50 erfolgt somit an der abfallenden Flanke des Taktsignals, während die Zählung an den ansteigenden Flanken dieses Sig­ nals erfolgt.

Der Rückstellimpuls auf der Ausgangsleitung H des D-Flip­ flops 110 stellt beide Zähler 30 und 50, einschließlich deren Ausgangsleitungen D und E, auf Null zurück. Sobald dieser Rückstellimpuls fortgenommen ist, nehmen die Zähler 30 und 50 den Zählbetrieb wieder auf, wenn sie akiviert werden.

Es sei festgehalten, daß der Ausgang des Hüllkurven-Zu­ standsflipflops 70 "hoch" wird und damit das Vorhanden­ sein der Hüllkurve des Infrarotträgers anzeigt, wenn der vierstufige Zähler 30 acht Taktimpulse gezählt hat. Da der Zähler 30 nur dann zählt, wenn das erfaßte Infrarot- Trägersignal "hoch" ist, dauert es zunächst einmal vier Perioden des Trägersignals oder ungefähr 70,4 µs (d. h. 4 · 17,6 µs), bis die Ausgangsleitung D des Zählers 30 "hoch" wird und den Ausgang F des Hüllkurven-Zustandsflip­ flops 70 auf "hohen" Pegel treibt, wie es das Zeitdiagramm in Fig. 2 veranschaulicht.

Wenn das erfaßte Infrarot-Trägersignal weggenommen wird, dauert es ungefähr die gleiche Zeit, d. h. ungefähr 70,4 µs, bis das Ausgangssignal E des fünfstufigen Zählers 50 "hoch" wird und den Ausgang F des Hüllkurven-Zustandsflip­ flops 70 auf "niedrig" zurücksetzt, womit das Verschwinden des erfaßten ZF-Trägersignals angezeigt wird. Dies ist des­ wegen so, weil der fünfstufige Zähler 50 zwar einerseits 16 Taktimpulse (statt 8 Taktimpulse) zählen muß, um das Hüllkurven-Zustandsflipflop 70 zurückzusetzen, anderer­ seits aber im vorliegenden Fall ohne Unterbrechung zählt, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist, da das Eingangssig­ nal B für das Aktivierungs-Schaltglied des Zählers 50 kon­ tinuierlich "hoch" ist (und nicht nur über die Hälfte der Zeit, wie im Falle des Vorhandenseins des erfaßten Infra­ rotsignals).

Der Hüllkurvendetektor 10 braucht also, um auf das Vorhan­ densein des erfaßten Infrarot-Trägersignals anzusprechen, etwa die gleiche Zeitdauer, wie er zum Ansprechen auf das Fehlen des Trägersignals benötigt.

Sobald der Ausgang des Hüllkurven-Zustandsflipflops 70 "hoch" wird, bleibt er während des Vorhandenseins des er­ faßten Infrarot-Trägersignals ständig in diesem "hohen" oder gesetzten Zustand. Solange also das erfaßte ZF-Träger­ signal vorhanden ist, entwickelt der vierstufige Zähler 30 ein Ausgangssignal immer bevor der fünfstufige Zähler 50 Gelegenheit dazu hat, so daß der Zähler 50 daran gehindert wird, das Hüllkurven-Zustandsflipflop 70 zurückzusetzen.

Das Gegenteil gilt, wenn das erfaßte Infrarot-Trägersignal fehlt. Solange dieses Signal nicht vorhanden ist, erreicht der fünfstufige Zähler 50 den Zählerwert 16, bevor der vier­ stufige Zähler den Zählwert 8 erreichen kann, so daß der Zähler 30 daran gehindert wird, das Hüllkurven-Zustands­ flipflop 70 zu setzen.

Es sind verschiedene Modifikationen des Hüllkurvendetektors 10 nach Fig. 1 möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So kann man z. B. in jedem der Zähler 30 und 50 eine Flipflopstufe fortlassen und logische Verknüpfungs­ schaltungen benutzen (z. B. NOR- und UND-Glieder mit meh­ reren Eingängen), um festzustellen, wann die Zähler ihren jeweils höchstmöglichen Zählwert 7 (d. h. 111 in binärer Dar­ stellung) bzw. 15 (d. h. 1111 in Binärdarstellung) errei­ chen. Wenn der Höchstzählwert erreicht ist, kann das Hüll­ kurven-Zustandsflipflop 70 gesetzt oder zurückgesetzt wer­ den, je nachdem, ob es der "Hoch"-Zähler 30 oder der "Niedrig"-Zähler 50 ist, der als erstes seinen Höchstzähl­ wert erreicht. Gleichzeitig können dann beide Zähler 30 und 50 auf Null zurückgestellt werden.

Außerdem können anstelle des Vergleichers 20 und des Rück­ stellflipflops 110 andere bekannte Schwellendetektoren verwendet werden, z. B. eine Verzögerungsstufe, usw.

Claims (11)

1. Digitale signalverarbeitende Schaltungsanordnung zur Erfassung des Vorhandenseins eines Trägersignals, das mit einer gegebenen Frequenz erscheint, gekennzeichnet durch:
eine Quelle für ein aus Impulsen bestehendes Taktsig­ nal (62), die mit einer Folgefrequenz gleich einem Viel­ fachen der Frequenz des Trägersignals erscheinen;
eine erste Zähleinrichtung (30), welche die Taktim­ pulse zählt, wenn das Trägersignal "hoch" ist, und welche eine obere Zählgrenze hat;
eine zweite Zähleinrichtung (50), welche die Taktim­ pulse zählt, wenn das Trägersignal "niedrig" ist, und welche eine andere obere Zählgrenze hat;
einen auf die erste und die zweite Zähleinrichtung ansprechenden Hüllkurvenerzeuger (70) zur Erzeugung ei­ nes für die Hüllkurve des Trägersignals repräsentati­ ven Signals, der ein erstes oder ein zweites Ausgangs­ signal liefert, je nachdem, ob die erste oder die zwei­ te Zähleinrichtung als erstes ihre obere Zählgrenze er­ reicht;
eine Rückstelleinrichtung (90) zum Zurückstellen der beiden Zähleinrichtungen auf Null immer dann, wenn eine der Zähleinrichtungen ihre obere Zählgrenze erreicht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Zähleinrichtung (30) eine erste Vielzahl von Flipflops (32, 34, 36, 38) enthält, die in einer Reihe als Vorwärtszähler hintereinandergeschaltet sind;
daß das erste Exemplar (32) der ersten Vielzahl von Flipflops ein gesondert aktivierbares Flipflop (Toggle- Flipflop) ist, dessen Aktivierungseingang zum Empfang des Trägersignals und dessen Takteingang zum Empfang des Taktsignals angeschlossen ist;
daß der Ausgang des letzten Exemplars (38) der ersten Vielzahl von Flipflops mit jeweils einem zugeordneten Eingang des Hüllkurvenerzeugers (70) und der Rückstell­ einrichtung (90) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die zweite Zähleinrichtung (50) eine zweite Viel­ zahl von Flipflops (52, 54, 56, 58, 60) aufweist, die in Reihe als Vorwärtszähler hintereinandergeschaltet sind;
daß das erste Exemplar (52) der zweiten Vielzahl von Flipflops ein gesondert aktivierbares Flipflop (Toggle- Flipflop) ist, das einen zum Empfang des invertierten Wertes des Trägersignals angeschlossenen Aktivierungs­ eingang und einen zum Empfang des Taktsignals angeschlos­ senen Takteingang hat;
daß der Ausgang des letzten Exemplars (60) der zweiten Vielzahl von Flipflops mit einem jeweils zugeordneten Eingang des Hüllkurvenerzeugers (70) und der Rück­ stelleinrichtung (90) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die erste Zähleinrichtung (30) ein vierstufiger Zähler ist, der eine Gruppe von vier Flipflops aufweist;
daß die zweite Zähleinrichtung (50) ein fünfstufiger Zähler ist, der eine Gruppe von fünf Flipflops aufweist;
daß die obere Zählgrenze der ersten Zähleinrichtung die Zahl 8 und die obere Zählgrenze der zweiten Zähl­ einrichtung die Zahl 16 ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hüllkurvenerzeuger (70) ein Setz/ Rücksetz-Flipflop aufweist, dessen Setzeingang mit dem Ausgang der ersten Zähleinrichtung (30) und dessen Rück­ setzeingang mit dem Ausgang der zweiten Zähleinrichtung (50) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (90) folgendes aufweist:
ein mit zwei Eingängen versehenes ODER-Glied (100), dessen erster Zähleinrichtung (30) und dessen zweiter Ein­ gang zum Empfang des Ausgangssignals der zweiten Zähl­ einrichtung (50) angeschlossen ist;
ein D-Flipflop (110), dessen D-Eingang mit dem Ausgang des ODER-Gliedes gekoppelt ist und das einen zum Emp­ fang des Taktsignals angeschlossenen Takteingang hat und dessen Ausgang mit den Rückstelleingängen der er­ sten und der zweiten Zähleinrichtung verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Takteingang des D-Flipflops (110) zum Empfang des invertierten Wertes des Taktsignals an­ geschlossen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz des Trägersignals gleich 56,875 KHz ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Folgefrequenz der Taktimpulse gleich 250 KHz ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Folgefrequenz der Taktimpulse unge­ fähr des Vierfache der Frequenz des Trägersignals ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein mit zwei Eingängen versehener Vergleicher (20) vorgesehen ist, dessen erster Eingang zum Empfang des Trägersignals und dessen zweiter Eingang zum Emp­ fang einer Schwellenspannung angeschlossen ist und des­ sen Ausgang mit der ersten und der zweiten Zähleinrich­ tung gekoppelt ist.