DE3722125A1 - Verfahren zur laengenmodulation von impulsen und schaltungsanordnung zur ausuebung des verfahrens - Google Patents

Description

In der Meß- und Prozeßtechnik, der Nachrichtentechnik und beim Einsatz elektronischer Rechner tritt das Problem auf, analoge Größen an einem Sendeort in Form analoger oder digitaler Signale abzubilden und mit größtmöglicher Störsicherheit, Zuverlässigkeit und Abbildungstreue bei gleichzeitig geringstmöglichem Ge­ samtaufwand über mehr oder weniger große Entfernungen zu einer Empfangsstelle zu übertragen.

Sehr häufig besteht dabei der zusätzliche Wunsch, diese Daten­ übertragung über eine gemeinsame Ring- oder Sammelleitung zwischen einer größeren Zahl räumlich verteilter Sende- und Emp­ fangsstellen nach einem der eingeführten Multiplexverfahren vornehmen zu können.

Es sind folgende Datenübertragungsverfahren üblich:

1. Digitale Datenübertragungen

Dabei wird die analoge Größe sendeseitig in einem geeigneten Code quantisiert und als "Datum" in Form eines N-stelligen Binärmusters dargestellt. Für die Übertragung derartiger digital verschlüsselter Daten stehen im wesent­ lichen drei Verfahren zur Verfügung.

• 1.1 Unter paralleler Datenübertragung wird verstanden, wenn jede der N Binärstellen auf einem eigenen Datenkanal über­ tragen wird. Dieses Verfahren ist sehr schnell, erfordert aber einen hohen Aufwand.
• 1.2 Bei der sogenannten seriellen Datenübertragung wird nur ein Datenkanal benutzt, über den die N Binärstellen zeit­ lich nacheinander übertragen werden. Der Aufwand an Lei­ tungen ist dabei naturgemäß klein, dafür stellen sich Syn­ chronisationsprobleme zwischen Sender und Empfänger ein. Die Übertragung geschieht verhältnismäßig langsam.
• 1.3 Bei der bitparallelen, byte-seriellen Datenübertragung werden die N Binärstellen eines Datums in n _g Gruppenwörter mit jeweils Binärstellen (Bits) unterteilt. N und n _g sind so gewählt, daß die Stellenzahl n _w der Wortlänge ganzzahlig ist. Eingeführt ist vor allem eine Wortlänge von n _w =8. Die acht Bits werden mit 1 Byte bezeichnet. Die zuletzt angeführte Art der Datenübertragung ist als ein Kompromiß zwischen den unter 1.1 und 1.2 angegebenen Ver­ fahren zu betrachten. Die einzelnen Worte (Bytes) werden dabei zeitlich nacheinander (seriell) über parallele (bit­ parallel) Datenkanäle übertragen.

2. Analoge Datenübertragungen

Dabei wird die analoge Größe sendeseitig auf verschiedene spezifische Merkmale eines meist elektrischen Signalträgers aufmoduliert und dieses analoge Signal über Kanalwege nach dem Empfänger übertragen. Erst im Empfänger findet dann die für eine digitale Datenverarbeitung notwendige Digitalisierung des empfangenen Signals statt. Neben der Amplituden-, Phasen- und Pulslagenmodulation haben die beiden folgenden Signalmodulationen in diesem Zusammenhang Bedeutung gewonnen.

• 2.1 Frequenzanaloge Signalübertragung (FM):
  Bei diesem Verfahren wird die Frequenz einer Wechselgröße (Wechselspannung) der zu übertragenden analogen Größe pro­ portional gemacht. Dies ist eine sehr störsichere Übertra­ gungsart, weil Dämpfungen und Laufzeitverzerrungen keinen Fehlereinfluß darstellen. Empfängerseitig ergibt sich eine einfache Digitalisierungsmöglichkeit durch eine Zählung in Verbindung mit einer stabilen Zeitreferenz. Es kann ent­ weder die Periodendauer oder die Anzahl von Nulldurchgängen während einer Bezugszeit gezählt werden.
• 2.2 Pulslängenanaloge Signalübertragung (PLM):
  Von diesem Modulationsverfahren geht die Erfindung aus. Bei diesem Verfahren wird eine analoge Größe in einem Rechteck­ impuls der Dauer τ abgebildet, wobei τ der analogen Größe a proportional ist. Es ist Dabei ist α der Quotient im vorstehenden Ausdruck und T _{S, E} die Bezugszeit auf der Sendeseite und auf der Empfangs­ seite.
  In manchen Fällen wird der Einfachheit halber die Bezugs­ zeit T _{S, E} auf der Senderseite und Empfängerseite gleich­ gesetzt und konstantgehalten. Dann genügen einfache Zahl­ schaltungen in Verbindung mit einem Quarzoszillator dazu, im Empfänger durch Einzählen der Quarzimpulse während der Dauer τ _E in einen Zähler eine Digitalisierung des Signals vorzunehmen.
  In anderen Fällen findet eine Variation dieses Verfahrens insofern statt, als vom Sender auch die Bezugszeit T _S vor­ gegeben wird und die Analoginformation im Verhältnis der Pulsdauer zu dieser Bezugszeit abgebildet wird: Dieses Verfahren wird auch Zeitteiler- oder im angelsäch­ sischen Schrifttum "time division"-Verfahren genannt. Die Digitalisierung derart übertragener Nachrichten ist zwar etwas aufwendiger als beim unter 2.1 genannten Verfahren; sie ist aber bei Vorhandensein eines Rechners völlig un­ problematisch und daher ebenfalls voll rechnerkompatibel.
  Trotz ihrer einfachen Arbeitsweise hat die pulslängen­ analoge Signalübertragung noch keine breite Verwendung, insbesondere in Verbindung mit elektronischen Rechnern, ge­ funden. Das liegt vor allem daran, daß schon relativ kurze Übertragungsstrecken auf einfachen Verbindungsleitungen An­ laß zu Laufzeitverzerrungen geben. Daraus resultieren Ver­ schlechterungen der Flankensteilheit der zu übertragenden Signalimpulse. Die Signalimpulse können empfangsseitig zwar durch eine Impulsformerstufe (Schmitt-Trigger) wieder die für die Analog-Digital-Umsetzung notwendige Flankensteil­ heit erhalten, aber die Genauigkeit dieser Umsetzung bleibt um so begrenzter, je stärker die Flanken der Impulse ver­ schliffen sind.
  Wird eine vorgegebene Genauigkeit der Umsetzung - ausge­ drückt durch eine entsprechende Stellenzahl N der Daten - gefordert, kann dies entweder durch Reduktion der Übertra­ gungsgeschwindigkeit, d. h. eine Vergrößerung von T _S bei konstantem Verhältnis oder durch Verwendung breit­ bandigerer Übertragungskanäle, beispielsweise Koaxialkabel, und damit einen größeren Übertragungsaufwand geschehen, wenn größere Entfernungen zu überbrücken sind.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Längenmodulation von Impulsen und eine Schaltungsanordnung zur Ausübung dieses Verfahrens anzugeben, mit denen das Bandbreiten- Übertragungszeitverhältnis gegenüber der bekannten Pulslängen­ modulation verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß ein N- stelliges Digitalwort (Signal) in n _g Teilwörter jeweils mit der Stellenzahl

aufgegliedert wird und daß die Teilwörter vor ihrer Übertragung auf einem Signalweg in eine der Anzahl n _g der Teilwörter entsprechende Anzahl Impulse mit den Inhalten der Teilwörter proportionalen Längen sowie den Stellenwerten der Teilwörter entsprechenden Stellenwerten umgesetzt werden. Es werden also längenmodulierte Impulse übertragen, deren jeder nur einen Teil

des gesamten Datums enthält. Die Teildaten unterliegen zwar auch der Verschleifung auf dem Übertragungsweg zwischen Sender und Empfänger, doch werden infolge der Auf­ teilung in Gruppen verschiedenen Stellenwertes insgesamt weniger Bits zur Übertragung des gesamten Datums benötigt und deshalb Zeit gespart.

Für eine Übertragung auf parallelen Kanälen kann eine Bereit­ stellung der pulslängenmodulierten Impulse an stellenwertsigni­ fikanten parallelen Ausgängen eines Senders erfolgen.

Für eine serielle Übertragung des gesamten Datums auf einem ein­ zigen Kanal erfolgt eine Bereitstellung der pulslängenmodulier­ ten Impulse für eine ihrem Stellenwert entsprechende serielle Ausgabe an einem einzigen Ausgang. Zweckmäßig ist dann der Be­ ginn oder das Ende einer ein einziges Datum bildenden Impuls­ folge durch Umpolung des ersten oder letzten Impulses der Folge markiert.

Ohne großen Aufwand lassen sich die Impulslängen senderseitig durch die Dauer von Zügen höherfrequenter Impulse darstellen. Diese Signalform hat den Vorteil, daß durch einfache Zähler am Empfangsort die Daten direkt in die zugehörigen Digitalwörter umgesetzt werden können.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens sind Bitausgänge eines mehrstufigen Zwischenspeichers für ein digita­ les Signal mit entsprechenden Biteingängen eines digitalen Ver­ gleichers gleicher Stufenzahl verbunden, dessen Vergleichsbit­ eingänge an Bitausgängen eines Taktzählers liegen. Weiterhin ist ein Übertragungsimpulsausgang des Taktzählers an jeweils erste Steuereingänge zweier Flip-Flops angeschlossen, deren zweite Steuereingänge jeweils mit einem von zwei den Gleich­ stand entsprechender Bits in zwei Gruppen mit höherem bzw. niederem Stellenwert zusammengefaßter Stufen des digitalen Vergleichers markierender Signale führenden Ausgänge verbunden sind. Dann können an Signalausgängen der beiden Flip-Flops par­ allel zwei dem in zwei Teilwörtern aufgeteilten Inhalt des Zwi­ schenspeichers proportional längenmodulierte Impulse abgenommen werden.

Eine Schaltungsanordnung zur Abgabe von seriell übertragbaren Impulsen ist gegenüber der vorstehend beschriebenen Anordnung dahingehend ergänzt, daß die Signalausgänge der beiden Flip- Flops zusätzlich jeweils an ersten Eingängen zweier UND-Gatter liegen, von denen zweite Eingänge mit jeweils einem anderen von zwei Ausgängen eines dritten Flip-Flops verbunden sind, an dessen Umschalteingang der Übertragsimpulsausgang des Taktzählers angeschlossen ist. Dabei ist der Signalausgang des einen UND- Gatters über eine Umpolungsstufe dem Signalausgang des anderen UND-Gatters parallel geschaltet. Am gemeinsamen Ausgang der UND-Gatter sind dem Inhalt des Zwischenspeichers proportional längenmodulierte Impulse seriell entnehmbar.

Um die Schaltungsanordnung zur Abgabe von parallel am Ausgang anstehenden Impulsen tauglich zu machen für die Darstellung dieser Impulse durch die Länge von Impulszügen höherfrequenter Impulsfolgen, genügt es, die Signalausgänge der beiden Flip- Flops jeweils mit ersten Signaleingängen zweier zusätzlicher UND-Gatter zu verbinden, deren zweite Signaleingänge zusammen an einem Taktimpulsausgang eines Taktgenerators liegen. An Ausgängen der zwei zusätzlichen UND-Gatter können dann durch die Dauer von Impulszügen abgebildete längenmodulierte Impulse parallel abgenommen werden.

Eine serielle Ausgabe von durch die Dauer von Impulszügen dar­ gestellten pulslängenmodulierten Impulsen wird dadurch erreicht, daß die beiden erstgenannten UND-Gatter jeweils dritte Eingänge aufweisen, die mit dem Taktimpulsausgang eines Taktgenerators verbunden sind. Am gemeinsamen Ausgang der beiden erstgenannten UND-Gatter können dann längenmodulierte Impulse seriell entnommen werden, die durch die Dauer von Impulszügen einer höherfre­ quenten Taktimpulsfolge gebildet werden.

Eine Verkürzung der Umsetzzeit des Datums in pulslängenmodu­ lierte Impulse wird bei den vorgestellten Schaltungsanordnungen dadurch erreicht, daß die taktzählerseitigen Biteingänge der niederwertigeren Stufen von beiden Gruppen der zusammengefaßten Stufen des digitalen Vergleichers mit entsprechenden Bitaus­ gängen einer ersten niederwertigen Stufe des Taktzählers und die Biteingänge der höherwertigen Stufen von beiden Gruppen mit entsprechenden Bitausgängen einer zweiten höherwertigen Stufe des Taktzählers verbunden sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 12 Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 beziehen sich auf Grundlagen der Pulslängen­ modulation, von denen die Erfindung ausgeht.

Die Fig. 3 ist ein Diagramm, an dem die Degeneration eines Rechtecksignals auf einem Übertragungskanal gezeigt ist.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanord­ nung nach der Erfindung dargestellt.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die Umsetzung von digitalen Speicherwerten in pulslängenmodulierte Impulse veranschaulicht.

In den Fig. 6 bis 9 ist der zeitliche Verlauf von pulslängen­ modulierten Signalen an verschiedenen Ausgängen der Schaltung nach Fig. 4 dargestellt.

Anhand der Diagramme der Fig. 10 bis 12 wird erläutert, welche Forderungen an die Regeneration eines übertragenen Rechteck­ signals gestellt werden müssen.

In Fig. 1 ist ein pulslängenmoduliertes Signal dargestellt, wie es dem Stand der Technik nach 2.2 zugrundeliegt. Die Abszisse stellt die Zeitachse t dar, während auf der Ordinate ein puls­ längenmoduliertes Übertragungssignal ü abgetragen ist. Es sind innerhalb von Bezugszeiten T _{S, E} dauermodulierte positive Im­ pulse zu erkennen, die eine Impulsdauer τ aufweisen. Für dieses Signal gelten die unter 2.2 in der Einleitung angegebenen Beziehungen.

In Fig. 2 ist die Empfangsseite für ein pulslängenmoduliertes Signal nach Art des in Fig. 1 dargestellten Diagramms gezeigt. Über eine Übertragungsleitung L kommt ein Signal ü zu einem Verzweigungspunkt P. Von dort gelangt das Signal über eine Differenzierstufe DIF an den Steuereingang eines Flip-Flops FF. Weiter wird das Signal ü über den Verzweigungspunkt P einem der Eingänge eines von zwei UND-Gattern UN zugeführt. Der Aus­ gang des Flip-Flops FF ist mit einem Eingang des anderen der UND-Gatter UN verbunden. Zwei Dioden einer Siebschaltung SI sorgen dafür, daß nur die Vorderflanke des Rechtecksignals ü das Flip-Flop FF aussteuert. An zweiten Eingängen der UND-Gatter UN liegt der Ausgang eines Quarzoszillators Q für eine Taktimpuls­ folge. Die Ausgänge der UND-Gatter UN sind jeweils mit Eingängen von Zählstufen Z _τ bzw. Z _TS verbunden. Die Ausgänge der Zähl­ stufen liegen an getrennten Eingängen einer Dividierstufe DIV, an deren Ausgang eine dem Analogwert α entsprechende Zahl abge­ nommen werden kann.

Wie aus der Figur leicht zu erkennen ist, werden über das direkt an das Übertragungssignal ü angeschlossene UND-Gatter eine der Impulsdauer τ entsprechende Anzahl n _τ von Taktimpulsen des Quarzoszillators Q der Zählstufe Z _τ zugeführt. Das mit dem Flip- Flop FF verbundene UND-Gatter läßt demgegenüber an den Zähler Z _TS eine der Dauer der Bezugszeit entsprechende Anzahl n _T von Impulsen des Quarzoszillators Q passieren. Diese Zahlen werden in der Dividierstufe DIV zum Analogwert α verarbeitet.

Im Diagramm der Fig. 3 ist ein Rechtecksignal ü _S dargestellt, wie es von einem Sender auf eine Leitung gegeben wird. Das gleichzeitig dargestellte, nach der Übertragung einem Empfänger zulaufende Signal ü _E zeigt im Diagramm die bekannten Degenera­ tionserscheinungen. Es ist zeitlich verzögert, in seiner Amplitude gegenüber dem Ursprungssignal gedämpft und seine Anstiegs- und Abfallsflanken weisen deutlich endliche Anstiegs- bzw. Ab­ fallzeiten auf. Das heißt, sie sind gegenüber den steilen Flanken des ursprünglichen Signals abgeflacht. Auf diese Erscheinung wird später nochmals mit den Fig. 10 bis 12 eingegangen.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung zur Ausübung des Ver­ fahrens nach der Erfindung dargestellt. Dort wird einem vier­ stufigen Zwischenspeicher A über eine parallele Dateneingabe PAR bzw. über eine serielle Dateneingabe SER ein später zu übertra­ gendes digitales Datum eingegeben. Gegebenenfalls sind diese Dateneingänge des Zwischenspeichers A mit entsprechenden Daten­ ausgängen eines Analog-Digital-Umsetzers A/D verbunden. Bitaus­ gänge des vierstufigen Zwischenspeichers A sind mit entsprechenden Biteingängen eines digitalen Vergleichers V gleicher Stufen­ zahl verbunden. Vergleichsbiteingänge des Vergleichers V liegen an Bitausgängen eines Taktzählers ZT, und zwar so, daß takt­ zählerseitige Biteingänge der niederwertigeren Stufen VE, VH von zu zwei Gruppen Vu bzw. Vo zusammengefaßten Stufen des digitalen Vergleichers V mit entsprechenden Bitausgängen einer ersten nie­ derwertigeren Stufe ZTE des Taktzählers ZT und die Biteingänge der höherwertigeren Stufen VZ, VT der beiden Gruppen Vu bzw. Vo mit entsprechenden Bitausgängen einer zweiten höherwertigeren Stufe ZTZ des zweistufigen Taktzählers ZT verbunden sind. Ein Übertragungsimpulsausgang ÜT des Taktzählers ZT ist an jeweils erste Steuereingänge zweier Flip-Flops FF 1 bzw. FF 2 angeschlossen. Zweite Steuereingänge der Flip-Flops FF 1 und FF 2 sind jeweils mit einem von zwei den Gleichstand entsprechender Bits der in zwei Gruppen Vu bzw. Vo mit höherem bzw. niederem Stel­ lenwert zusammengefaßten Stufen des digitalen Vergleichers V markierenden Signale führenden Ausgängen U bzw. O verbunden. An Signalausgängen S 1 bzw. S 2 der beiden Flip-Flops FF 1 bzw. FF 2 sind parallel zwei dem in zwei Bitworte aufgeteilten Inhalt des Zwischenspeichers A proportional längenmodulierte Impulse zu entnehmen.

Die Signalausgänge S 1 und S 2 der beiden Flip-Flops FF 1 und FF 2 sind zusätzlich mit ersten Eingängen zweier UND-Gatter U 1 bzw. U 2 verbunden. Zweite Eingänge dieser UND-Gatter sind jeweils an einem anderen von zwei Ausgängen eines dritten Flip-Flops FF 3 angeschlossen, an dessen Umschalteingang der Übertragungsimpuls­ ausgang ÜT des Taktzählers ZT liegt. Der Signalausgang des einen UND-Gatters U 2 ist über eine Umpolungsstufe IN dem Signalausgang des anderen UND-Gatters U 1 parallel geschaltet. Außerdem sind die Signalausgänge S 1, S 2 der beiden Flip-Flops FF 1, FF 2 jeweils mit ersten Signalgängen zweier UND-Gatter U 3 bzw. U 4 verbunden. Zweite Signaleingänge dieser UND-Gatter U 3 und U 4 liegen zusammen an einem Taktimpulsausgang eines Takt­ generators GT.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 erläutert werden. Beispielsweise soll mit der Schal­ tungsanordnung ein nach dem BCD-Code verschlüsselter Digital­ wert a=4 456 zur Übertragung aufbereitet werden. Dieser Digi­ talwert kann, wie schon erwähnt, entweder parallel auf die vier dann als BCD-Zwischenspeicher ausgebildeten Schaltkreise AE . . . AT des Zwischenspeichers A eingegeben werden. Auch eine serielle Eingabe ist möglich, wenn die Speicherdekaden AE . . . AT ein BCD-Schieberegister bilden. Der 16 Binärstellen umfassende Di­ gitalwert wird in zwei Gruppenwörtern (n _g =2) von je 8 Bit auf­ geteilt, von denen das erste Wort die Einer- und Zehner-Dekaden AE und AZ und das zweite Gruppenwort die Hunderter- und Tausender- Dekade AH und AT umfaßt.

Der Inhalt beider Wörter wird ständig über die Vergleichergruppen Vu bzw. Vo mit dem Inhalt n _T des zweidekadischen BCD-Takt­ zählers ZT verglichen, der kontinuierlich von den Impulsen des Taktgenerators GT mit der Taktfrequenz von 00 auf 99 hochgezählt wird. Der Zähler ZT setzt bei Erreichen seines Endwertes n _{T max} =100 mit seinem Übertragungsimpuls ü _T die beiden Flip- Flop-Stufen FF 1 und FF 2 ausgangsseitig auf Signal. Dieses Si­ gnal steht so lange an, bis die zugehörigen Vergleichergruppen Vu bzw. Vo den Gleichstand der im Zwischenspeicher A gespei­ cherten Worte mit dem Zählerinhalt n _T melden und die beiden Flip- Flops FF 1 bzw. FF 2 zurücksetzen. Dieser Vorgang ist diagrammäßig in der Fig. 5 festgehalten. Es ist zu erkennen, daß das Flip-Flop FF 2 nach Ablauf von 44 Periodendauern T _t der Taktfrequenz und des Flip-Flops FF 1 nach Ablauf von 56 Periodendauern seit Abgabe eines Übertra­ gungsimpulses ü _T des Taktzählers ZT zurückgesetzt wird.

Damit steht an Signalausgängen Ü _Su und Ü _So ständig ein Paar pulslängenmodulierter Signalimpulse zur Verfügung, deren Ein­ schaltzeiten τ _u und τ _o jeweils dem Betrag der beiden Teilwörter des digitalen Datums gleichen. Dieses Signal kann getrennt parallel über zwei Übertragungskanäle übertragen werden.

In den beiden Diagrammen der Fig. 6 sind diese Signale in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt.

Mit dem geringen zusätzlichen Aufwand der beiden UND-Gatter U 3 und U 4, auf deren zweite Eingänge jeweils die Taktimpulse ge­ schaltet sind, ist es alternativ möglich, aus den Dauerimpulsen ü _Su und ü _So getaktete Pulszüge ü _fu und ü _fo zu generieren.

Diese Signale sind in den beiden Diagrammen der Fig. 7 in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt.

Die gezeigte Signalform hat den Vorteil daß sie mit Hilfe ein­ facher Zähler am Empfangsort direkt in die zugehörigen Digital­ wörter umgesetzt werden kann.

Eine Datenübertragung über nur einen Datenkanal ist möglich, wenn die den einzelnen Worten zugehörigen pulslängenmodulierten Impulse seriell, d. h. zeitlich nacheinander, ausgesendet werden. Zu diesem Zweck können die Signale ü _Su bzw. ü _So über die UND-Glieder U 1 bzw. U 2 der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 auf einen gemeinsamen Ausgang S 3 gegeben werden. Mit Hilfe des als Untersetzerstufe wirkenden Flip-Flops FF 3 werden dann mit jedem Übertragungsimpuls ü _T des Taktzählers ZT die beiden Teilwörter abwechselnd gesendet.

Dabei sorgt die Umpolstufe IN dafür, daß über den Polaritäts­ wechsel des Übertragungssignals am Empfangsort eine Synchroni­ sation und damit eine Unterscheidungsmöglichkeit der einzelnen Teilwörter möglich bzw. vorhanden ist.

Das am Ausgang S 3 anstehende Signal ü _Sp ist in Diagrammform in der Fig. 8 dargestellt.

Mit Hilfe von jeweils dritten Eingängen der beiden UND-Gatter U 1 und U 2, die gemeinsam an den Ausgang des Taktgenerators GT ange­ schlossen sind, ist es dann auch möglich, für die Pulsdauern τ _u und τ _o jeweils diesen Pulsdauern entsprechende Anzahlen Takt­ impulse zu senden, wobei an einem Empfangsort die Polaritäts­ kontrolle für die Worterkennung herangezogen werden kann.

Das auf diese Weise am Ausgang S 3 erzeugte Übertragungssignal ü _Sf ist dem Diagramm der Fig. 9 zu entnehmen.

In Fig. 10 ist nochmals ein Rechtecksignal ü _S , das einen im­ pulslängenmodulierten Impuls auf der Sendeseite und deshalb unverzerrt zeigt, in seinem Verlauf dargestellt.

Die Fig. 11 zeigt das Signal ü _E nach seiner Übertragung über eine Leitung mit entsprechend abgeflachten beidseitigen Flanken.

In der Fig. 12 ist ein empfangsseitig regeneriertes Signal ü _reg dargestellt.

Am Empfangsort ist die Aufgabe zu lösen, mit Hilfe einer hyste­ resebehafteten Impulsformerstufe aus dem durch die Übertragung degenerierten Signal mit schrägen Flanken wieder ein Signal mit steilen Flanken zu generieren, um die genaue zeitliche Lage dieser Flanke bestimmen zu können; stellt doch der Abstand zwi­ schen diesen Flanken das zu übertragende Datum dar. Eine Un­ sicherheit t _e dieser Lagebestimmung ist proportional der aus Störsicherheitsgründen zu wählenden Hysterese Hy einer Impuls­ formerstufe und dem Tangens eines Winkels β, den die schräge Flanke mit der Senkrechten bildet. Diese Größen sind in der Fig. 11 bzw. in der Fig. 12 eingezeichnet. Die Unsicherheit t _e muß kleiner sein als ein Zeitabschnitt T _t , den man für die Über­ tragung des geringstwertigen Bits eines pulslängenmodulierten Signalimpulses benötigt. Damit ist bei vorgegebener Bandbreite der Übertragungskanäle jedoch die Übertragungsdauer T _ü eines Signalimpulses durch die Anzahl n _a von Quantisierungsschritten festgelegt, in die ein Signalimpuls aufgelöst werden muß. Es gilt für T _ü der Ausdruck:

T _ü = t _e · n _a

Bei der bisher üblichen pulslängenmodulierten Signalübertragung mit einem Wort, d. h. n _g =1, durch einen der Analoggröße a pro­ portional langen Signalimpuls wird daher die oben angegebene Übertragungszeit benötigt.

Bei Gruppenbildung von n _g Wörtern in Verbindung mit dem Stellen­ wertprinzip reduziert sich diese Übertragungszeit bei serieller Übertragung über einen Datenkanal auf:

Diese Reduktion der Übertragungszeiten ist auch aus einem Auf­ satz "Neue Prinzipien zur Analog-Digital-Umwandlung und deren optimale Auslegung" von Karl Euler in der Zeitschrift "Fre­ quenz", Band 17, Jahrgang 1963, Nr. 10, insbesondere den Seiten 367, rechte Spalte, und 368, linke Spalte, zu erschließen.

Das Verhältnis der beiden Übertragungsdauern ist dann:

Bei paralleler Übertragung über n _g Kanäle vermindert sich die Übertragungsdauer auf den Wert

mit einem entsprechenden günstigen Verhältnis zwischen den Über­ tragungsdauern eines das Datum übertragenden Einzelimpulses oder von mehreren Gruppenimpulsen:

Im angenommenen Beispiel war n _a =10⁴ und n _g =2. Das Verhältnis der Übertragungsdauern ist dann ein Fünfzigstel bei serieller Übertragung und ein Hundertstel bei paralleler Übertragung. Die­ ser Gewinn kann in üblicher Weise nicht nur zur Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeit, sondern wahlweise auch zur Verbesserung der Störsicherheit oder zur Reduktion der Bandbreite des Übertragungskanals genutzt werden.

Abschließend sei erwähnt, daß die beschriebenen Gestaltungs­ möglichkeiten von digitalen pulslängenmodulierten Signalüber­ tragungen besonders wirtschaftlich und vorteilhaft werden, wenn bei der Digitalisierung der Analoggröße auf Schaltungsanordnungen zurückgegriffen werden kann, wie sie in der EP-PS 01 41 080 beschrieben sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Längenmodulation von Impulsen mit bezüglich einer Übertragung verbessertem Bandbreiten-Übertragungszeit­ verhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß ein N-stelliges Digitalwort (Signal) in n _g Teilwörter je­ weils mit der Stellenzahl aufgegliedert wird und daß die Teilwörter vor ihrer Übertragung auf einem Signalweg in eine der Anzahl n _g der Teilwörter entsprechende Anzahl Impulse mit den Inhalten der Teilwörter proportionalen Längen sowie den Stellenwerten der Teilwörter entsprechenden Stellenwerten um­ gesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bereitstellung der pulslängenmodulierten Impulse an stellenwertsignifikanten parallelen Ausgängen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bereitstellung der pulslängenmodu­ lierten Impulse für eine ihrem Stellenwert entsprechende serielle Ausgabe an einem einzigen Ausgang erfolgt und daß der Beginn oder das Ende einer ein einziges Datum bildenden Impuls­ folge durch Umpolung des ersten oder letzten Impulses der Folge markiert ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulslängen durch die Dauer von Zügen höherfrequenter Impulsfolgen dargestellt sind.

5. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Bitausgänge eines mehrstufigen Zwischenspeichers (A) für ein digitales Signal mit entsprechenden Biteingängen eines digitalen Vergleichers (V) gleicher Stufenzahl verbunden sind, dessen Vergleichsbiteingänge an Bitausgängen eines Takt­ zählers (ZT) liegen, daß ein Übertragungsimpulsausgang (ÜT) des Taktzählers (ZT) an jeweils erste Steuereingänge zweier Flip- Flops (FF 1, FF 2) angeschlossen ist, deren zweite Steuereingänge jeweils mit einem von zwei den Gleichstand entsprechender Bits in zwei Gruppen (Vu bzw. Vo) mit höherem bzw. niederem Stellen­ wert zusammengefaßter Stufen des digitalen Vergleichers (V) markierenden Signale führenden Ausgängen (U, O) verbunden sind, und daß damit an Signalausgängen (S 1, S 2) der beiden Flip-Flops (FF 1, FF 2) parallel zwei dem in zwei Teilwörtern aufgeteilten Inhalt des Zwischenspeichers (A) proportional längenmodulierte Impulse anstehen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 zur Ausführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 3, dahingehend ergänzt, daß die Signal­ ausgänge (S 1, S 2) der beiden Flip-Flops (FF 1, FF 2) zusätzlich jeweils an ersten Eingängen zweier UND-Gatter (U 1, U 2) liegen, von denen zweite Eingänge mit jeweils einem anderen von zwei Ausgängen eines dritten Flip-Flops (FF 3) verbunden sind, an dessen Umschalteingang der Übertragsimpulsausgang (ÜT) des Taktzählers (ZT) angeschlossen ist, und daß der Signalausgang des einen UND-Gatters (U 2) über eine Umpolungsstufe (IN) dem Signalausgang des anderen UND-Gatters (U 1) parallel geschaltet ist und am gemeinsamen Ausgang (S 3) der UND-Gatter (U 1, U 2) dem Inhalt des Zwischenspeichers (A) proportional längenmodulierte Impulse seriell entnehmbar sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 zur Ausführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 4, dahingehend ergänzt, daß die Signal­ ausgänge (S 1, S 2) der beiden Flip-Flops (FF 1, FF 2) jeweils mit ersten Signaleingängen zweier zusätzlicher UND-Gatter (U 3, U 4) verbunden sind, deren zweite Signaleingänge zusammen an einem Taktimpulsausgang eines Taktgenerators (GT) liegen, und daß an Ausgängen der UND-Gatter (U 3, U 4) durch die Dauer von Impuls­ zügen aus einer Taktimpulsfolge abgebildete längenmodulierte Impulse parallel abnehmbar sind. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 zur Ausführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 4, dahingehend ergänzt, daß die beiden UND-Gatter (U 1, U 2) jeweils dritte Eingänge aufweisen, die mit dem Taktimpulsausgang eines Taktgenerators (GT) verbunden sind, und daß am gemeinsamen Ausgang (S 3) der UND-Gatter (U 1, U 2) durch die Dauer von Impulszügen aus einer Taktimpulsfolge abgebildete längenmodulierte Impulse seriell entnehmbar sind. 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die taktzähler­ seitigen Biteingänge der niederwertigen Stufen (VE, VH) von beiden Gruppen (Vu, Vo) der zusammengefaßten Stufen des digi­ talen Vergleichers (V) mit entsprechenden Bitausgängen einer ersten niederwertigen Stufe (ZTE) des Taktzählers (ZT) und die Biteingänge der höherwertigen Stufen (VZ, VT) von beiden Gruppen (Vu, Vo) mit entsprechenden Bitausgängen einer zwei­ ten höherwertigen Stufe (ZTZ) des Taktzählers (ZT) verbunden sind.