DE3722125A1 - Verfahren zur laengenmodulation von impulsen und schaltungsanordnung zur ausuebung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur laengenmodulation von impulsen und schaltungsanordnung zur ausuebung des verfahrensInfo
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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:
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873722125 DE3722125A1 (de) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | Verfahren zur laengenmodulation von impulsen und schaltungsanordnung zur ausuebung des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873722125 DE3722125A1 (de) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | Verfahren zur laengenmodulation von impulsen und schaltungsanordnung zur ausuebung des verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3722125A1 true DE3722125A1 (de) | 1989-01-12 |
Family
ID=6330903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873722125 Ceased DE3722125A1 (de) | 1987-07-03 | 1987-07-03 | Verfahren zur laengenmodulation von impulsen und schaltungsanordnung zur ausuebung des verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3722125A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0671834A1 (de) * | 1992-09-28 | 1995-09-13 | Chrysler Corporation | Impulsformer und Leitungstreiber für Fahrzeugübertragungssystem |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2938776A1 (de) * | 1979-09-25 | 1981-03-26 | Josef Dipl.-Ing. Dirr (FH), 81679 München | Schaltungsanordnung fuer die markierung, uebertragung ueber leitungen und auswertung von telegrafie-daten- oder waehlkennzeichen, insbesondere fuer fernmeldeanlagen |
-
1987
- 1987-07-03 DE DE19873722125 patent/DE3722125A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2938776A1 (de) * | 1979-09-25 | 1981-03-26 | Josef Dipl.-Ing. Dirr (FH), 81679 München | Schaltungsanordnung fuer die markierung, uebertragung ueber leitungen und auswertung von telegrafie-daten- oder waehlkennzeichen, insbesondere fuer fernmeldeanlagen |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0671834A1 (de) * | 1992-09-28 | 1995-09-13 | Chrysler Corporation | Impulsformer und Leitungstreiber für Fahrzeugübertragungssystem |
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