CH653191A5 - Selective demodulation stage for a pulse width modulated multiple channel system - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selektive Demodulationsstufe für ein impulsdauermoduliertes Mehrkanalsystem mit einer über Licht- oder Infrarotstrahlung erfolgenden Zeitmultiplex-Signalübertragung.

Impulsdauermodulierte Mehrkanalsysteme mit Zeitmulti-plex-Signalübertragung benötigten Einrichtungen für den Empfänger-Sendergleichlauf. Synchronisierte Oszillatoreinrichtungen, die hier Verwendung finden, sind kompliziert und aufwendig, insbesondere hinsichtlich Stabilisierung. Auf Rauschverhältnisse ist zudem ein besonderes Mass an Aufmerksamkeit zu richten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Demodulationsstufe für ein impulsdauermoduliertes Mehrkanalsystem mit einer Zeitmultiplex-Signalübertragung mittels Lichtoder Infrarotstrahlung, zu erstellen, bei dem die Synchronisierung von Sender und Empfänger einfach zu bewerkstelligen ist, bei dem im vorgesehenen Band eine maximale Kanalzahl unterbringbar ist, bei dem optimale Rauschverhältnisse gegeben sind und bei dem ein wirtschaftlicher Aufwand und eine hohe Betriebssicherheit vorgesehen ist, wobei das System insbesondere auf eine sehr gute Sprach- und Silbenverständlichkeit hinsichtlich der Bandbreite ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Mitteln gelöst. Vorteile sind hier: Der Entfall des gleichlaufenden Oszillators, die günstigen Rauschverhältnisse, die optimale Kanalanzahl bei entsprechender Sprachqualität, wobei bei einer Bandbreite von 4 kHz 15 Kanäle vorgesehen sind und bei Erhöhung der Bandbreite eine entsprechende Verminderung der Kanalanzahl durch Zusammenschaltungen bewerkstelligbar ist. Vorteilhaft ist bei wirtschaftlichem Aufwand die hohe Betriebssicherheit, wobei insbesondere handelsübliche Bauteile Verwendung finden, an die hinsichtlich Genauigkeit, Langzeittoleranz und Temperaturgang keine hohen Anforderungen zu stellen sind. Von Vorteil ist auch, dass Verarbeitungszeiten nicht in das Rauschen der Demodulationsstufe eingehen, da eine gleichbleibende oder sich nur langsam ändernde Signalimpulslänge die zu übertragende und wiederzugewinnende Signalspannung nicht verfälscht.

Weitere Merkmale der Erfindung sind noch,

dass zur Verbesserung der Signalqualität durch Vervielfachung der zulässigen Bandbreite bei senderseitig entsprechender Schaltung die Kanäle mehrerer in der Impulsfolge zueinander annähern zeitlich äquidistant liegender Signalimpulse zusammengeschaltet sind und dass ausgangsseitig ein Tiefpassfilter mit erhöhter Bandbreite vorgesehen ist,

dass das ausgangsseitige Tiefpassfilter auf die erhöhte Bandbreite von Hand aus bzw. automatisch umschaltbar ist, und dass als hochohmiger Ausgangsschaltkreis ein Operationsverstärkerschaltkreis vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

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Fig. 1 das Blockschaltbild des Steuerteiles einer selektiven Demodulationsstufe und

Fig. 2 die Prinzipschaltung des zu steuernden Energieteiles einer selektiven Demodulationsstufe.

In Fig. 1 sind dem Eingang E der selektiven Demodulationsstufe von einem Infrarot-Signalempfänger aus Signale in Form von Nadelimpulsen aus einem Nadelimpulsraster zugeführt; sie steuern aus Stabilitätsgründen mit steigender Impulsflanke eine erste monostabile Zeitstufe ZI, deren Impulszeit gleich der Impulspause ist, wodurch dem nichtin-vertierenden Ausgang ein spiegelbildliches Impulsmuster zum modulatorseitigen Signalimpulsfolge-Muster entsteht. Der nichtinvertierende Ausgang der ersten monostabilen Zeitstufe ZI ist sowohl direkt an den ersten Eingang eines UND-Gliedes U als auch über eine zweite monostabile Zeitstufe Z2 an den zweiten Eingang des UND-Gliedes U angeschlossen, wobei die Impulszeit der zweiten Zeitstufe Z2 grösser als die eines Synchronisierimpulses und kleiner als die eines kürzesten Signalimpulses ist, und wobei die zweite Zeitstufe Z2 mit fallender Impulsflanke gesteuert ist. Auf diese Weise entsteht am Ausgang des UND-Gliedes U ein vom Synchronisierimpuls ausgelöster Kurzimpuls, der als Rücksetzimpuls für einen Zähler ZÄ dient, wobei der Zähler ZÄ im Vielfach mit einem Vergleicher VG verbunden ist, der wieder im Vielfach von einem Kanalwahlschalter KW aus schaltbar ist. Vom invertierenden Ausgang der ersten monostabilen Zeitstufe ZI aus gelangen die Impulse eines Impulsmusters, das der modulatorseitigen Impulsfolge entspricht, an den Fortschalteingang des Zählers ZÄ - diesen mit fallender Impulsflanke steuernd - und an den Eingang des Vergleichers VG. Durch den Kanalwahlschalter schaltbar sind am Ausgang des Vergleichers die selektierten, impulsdauermodulierten Signale eines Kanals zur Weiterverarbeitung anstehend, wobei die Impulslänge dieser Signalimpulse der Amplitude der Signalspannung entspricht. Zur weiteren Verarbeitung der Signalimpulse jeweils eines Kanals ist der Ausgang des Vergleichers VG sowohl direkt an einen ersten Analogschalter S1 als auch über eine dritte monostabile Zeitstufe Z3 an einen zweiten Anaiogschalter S2 und vom Ausgang der dritten Zeitstufe Z3 aus über eine vierte monostabile Zeitstufe Z4 an einen dritten Analogschalter S3 angeschlossen, wobei die dritte und vierte Zeitstufe Z3, Z4 jeweils mit fallender Impulsflanke gesteuert werden. Die Schaltzeiten der dritten und vierten Zeitstufe Z3, Z4 zusammen sind kleiner als die Zeit einer Impulsfolge.

Senderseitig werden die in einer Modulationsstufe erzeugten impulsdauermodulierten Impulsfolgen - bestehend aus einem Synchronisierimpuls, dauermodulierten, je einem Kanal zuordenbaren Signalimpulsen und jeweils dazwischenliegenden in ihrer Dauer konstanten Impulspausen, wobei der Synchronisierimpuls kürzer als jeder Signalimpuls ist -zwecks Transformierung in pulsphasenmodulierte Signale und zur Bildung eines Zeitrasters - bestehend aus Nadelimpulsen - umgeformt. Diese Nadelimpulse sind empfängersei-tig einer Rückumsetzung zuzuführen. Wesentlich ist, dass die Signalimpulse jeweils einen zeitgleichen Pausenabstand (Impulspause) haben. Bei der Übertragung, z.B. über Koaxialkabel oder Infrarot-Strecke, werden Nadelimpulse bzw. Infrarot-Blitze mit einer Dauer von 150 ns und einer hohen Intensität abgegeben und empfangen. Da die Pausenimpulse ja zeitgleich sind, sind die Impulsfolgen in der Demodulationsstufe leicht wieder rückzubilden. Jeder übertragene Impuls braucht hierzu nur mit seiner (vorderen) Flanke eine monostabile Zeitstufe ZI auszulösen, die dann einen Impuls mit der Dauer des Pausenimpulses abgibt.

Beim Synchronisierimpuls haben die übertragenen Impulse einen kürzeren Abstand als dies bei einem Signalimpuls möglich ist. Nach Erkennung des Synchronisierimpulses

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müssen die ankommenden übertragenen Impulse in der Demodulationsstufe mitgezählt werden, um den Signalimpuls für den gewünschten Kanal für die Weiterverarbeitung von den anderen Signalimpulsen trennen zu können. Im Steuerteil 5 wird der Synchronisierimpuls vorerst erkannt und der Zählerstand auf 0000 gesetzt. Dies ist ausschliesslich dann der Fall, wenn am Ausgang der UND-Gliedes U ein Überlappungsimpuls als Rücksetzimpuls auftritt, was also nur bei einem Synchronisierimpuls möglich ist. Die nach dem Synchronisierim-lo puls folgenden Signalimpulse erhöhen den Zählerstand jeweils um 1. An den Zähler ZÄ ist ein Vergleicher VG angeschlossen, in dem Zählerstand und Stand der Kanalwahlschalter KW verglichen werden. Bei Übereinstimmung erfolgt im Vergleicher die Impulsfreigabe und der entsprechende 15 Impuls vom invertierten Ausgang der ersten Zeitstufe ZI wird an den Ausgang des Vergleichers VG durchgeschaltet. Bei einer Stellung des Kanalwahlschalters KW gelangt von jeder Impulsfolge nur der eine diesem Kanal zugeordnete Signalimpuls an den Ausgang des Vergleichers VG. Ein Vorteil der 20 erfindungsgemässen Einrichtung ist, wenn nicht alle Kanäle betrieben werden, dass die Impulsfolge kürzer wird und damit in der Zeiteinheit eine häufigere Kanalabtastung erfolgt, wodurch die Qualität des Ausgangssignals verbessert wird.

25 In Fig. 2 sind als Steuereinrichtung die Analogschalter S1, S2, S3 aus Fig. 1 vorgesehen. Solange am Ausgang des Vergleichers VG (Fig. 1) ein Signalimpuls ansteht, wird ein gegen Masse geschalteter Aufladungskondensator LK von einer Konstantstromquelle K aus mit konstantem Strom über den 30 ersten Analogschalter S1 geladen, wobei die Spannung am Aufladungskondensator LK sägezahnförmig ansteigt. Bei Ende des Signalimpulses steht in diesem Aufladungskondensator LK eine Spannung an, die der abgetasteten Signalspannung dieses Kanals entspricht. Nach Beendigung des Signal-35 impulses öffnet der erste Analogschalter S1 und über den zweiten Analogschalter S2 wird ein Umladungskondensator EK parallel geschaltet, wobei sich die Ladungen ausgleichen. Hierauf öffnet der zweite Analogschalter S2 und über den dem Aufladungskondensator LK parallel liegenden dritten 40 Analogschalter S3 wird der Aufladungskondensator LK in der Zwischenzeit bis zum Anliegen eines neuen Signalimpulses entladen und der beschriebene Vorgang wiederholt. Am Umladungskondensator EK entsteht ein - über die Zeit gesehen - treppenförmiger Spannungsverlauf. Der Umladekon-45 densator EK ist über eine Operationsverstärkerschaltung, die als hochohmiger Spannungsfolger SF dient, und weiter über ein Tiefpassfilter TP und weiterhin über einen Verstärker V am Demodulatorausgang an einen Lautsprecher L bzw. einen Kopfhörer angeschlossen. Der treppenförmige Spannungs-5o verlauf am Umladungskondensator EK wird zur Verhinderung der Entladung über die hochohmige Ausgangsschaltung SF geführt. Im Tiefpassfilter TP erfolgt eine Glättung des treppenförmigen Spannungsverlaufes. Am Ausgang des Tiefpassfilters TP liegt eine demodulierte Ausgangssignalspan-55 nung an, die praktisch der modulatorseitig anliegenden Eingangssignalspannung entspricht. Im Tiefpassfilter TP ist zusätzlich eine Dämpfung der höheren Frequenzen vorgesehen, der senderseitig eine Anhebung der hohen Frequenzen ab etwa 1 kHz gegenübersteht, da Störungen zumeist im 60 höheren Frequenzbereich liegen.

Die Kapazität der Aufladungskondensators LK ist durch den Strom der Konstantstromquelle K (und damit der zeitlichen Batteriekapazität), durch die Signalimpulsdauer (vom Verbrauch her) und durch die treibende Spannung (Span-65 nungsabfall der Batterie) begrenzt. Die Kapazität des Umladungskondensators EK ist durch die Kapazität des Aufladungskondensators LK begrenzt. Bei einem Verhältnis Aufladungskondensator LK zu Umladungskondensator EK von

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10:1 und bei einer Bandbreite des Kanals von 4 kHz und dabei 2,8 Abtastungen bei einem 15-Kanal-System ergibt sich im Mittel ein vernachlässigbar kleiner Klirrfaktor von max. 1 ...2%. Die dritte bzw. vierte monostabile Zeitstufe Z3, Z4, die der Kondensatorum- bzw. -entladung dienen, haben eine Impulszeit von 2000 ... 400 ns.

Vorteilhaft ist es, dass die Verarbeitungszeiten im Steuerteil nur Gleichstromanteile bewirken, sofern sie sich zeitlich nicht oder nur sehr langsam ändern (z.B. auch Batterieverhältnisse oder Temperaturänderungen), und damit praktisch keine Änderung des Rauschpegels verursachen. Wenn sich nämlich die Dauer der Signalimpulse um eine gleichbleibende Zeit ändert, bedeutet dies nur einen Gleichspannungsanteil im Spannungsverlauf am Umladungskondensator EK, die übertragene Signalspannung wird jedoch nicht verfälscht.

Wenn die Anzahl der Signalkanäle verringert wird, wird öfter ein Signalimpuls übertragen und es kann somit eine 5 höhere Frequenz der Signalspannung übertragen werden. Das Tiefpassfilter TP muss dann eine höhere Grenzfrequenz erhalten. Nach der Übertragung der Signalimpulse der einzelnen Kanäle wird ein Synchronisierimpuls ausgesendet. Wenn dieser Synchronisierimpuls also bereits nach einer geringeren io Anzahl von Signalimpulsen kommt, kann selbsttätig auf ein Tiefpassfilter TP mit einer höheren Grenzfrequenz umgeschaltet werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

653 191 PATENTANSPRÜCHE

1. Selektive Demodulationsstufe für ein impulsdauermoduliertes Mehrkanalsystem mit einer über Licht- oder Infrarotstrahlung erfolgenden Zeitmultiplex-Signalübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass zur empfängerseitigen Rückbildung von Impulsfolgen - bestehend aus einem Synchronisierimpuls, dauermodulierten, je einem Kanal zuordenbaren Signalimpulsen und jeweils dazwischen liegenden, in ihrer Dauer konstanten Impulspausen, wobei der Synchronisierimpuls kürzer als jeder Signalimpuls ist - aus einem mit fallenden Impulsflanken der Impulse der Impulsfolge gebildeten, am Eingang (E) der selektiven Demodulationsstufe angebotenen Nadelimpulszeitraster die Nadelimpulse mit ihrer steigenden Flanke eine erste monostabile Zeitstufe (ZI) mit einer Impulszeit gleich dem Pausenimpuls auslösen, wobei während der Impulspausen in der Demodulationsstufe weitere Nadelimpulse unverwertbar sind und während der Dauer der Impulspause eine Sperrung für die durch Laufzeitunterschiede verspätet eintreffenden Nadelimpulse vorgesehen ist bzw. die verspätet eintreffenden Nadelimpulse nach Ende der Impulspause intensitätsmässig abgeklungen einer Weiterverarbeitung oder Detektierung unzugänglich sind, und der nichtinvertierende Ausgang der ersten monostabilen Zeitstufe (ZI) sowohl mit dem ersten Eingang eines UND-Gliedes (U) als auch über eine zweite monostabile Zeitstufe (Z2) mit einer Impulszeit grösser als die des Synchronisierimpulses und kleiner als die des kürzesten Signalimpulses und diese Zeitstufe (Z2) mit fallender Impulsflanke steuernd, mit dem zweiten Eingang des UND-Gliedes (U) verbunden sind, wobei der Ausgang des UND-Gliedes (U) einen aus dem Synchronisierimpuls ableitbaren Rücksetzimpuls liefernd mit dem Rücksetzeingang eines Zählers (ZÄ) verbunden ist, dass der invertierende Ausgang (Q) der ersten monostabilen Zeitstufe (ZI) sowohl an den Fortschalteingang des Zählers (ZÄ) als auch an den Eingang eines mit dem Zähler gekoppelten Vergleichers (VG) oder einer Kreuzschienendurchschaltung zur Bildung von mehreren Kanalausgängen angeschlossen ist, wobei im Vergleicher (VG) oder in der Kreuzschienendurchschaltung fest programmiert oder über einen Kanalwahlschalter eine selektive Impulsfolgeauflösung erfolgt, dass vom Ausgang des Vergleichers (VG) oder der Kreuzschienendurchschaltung gesteuert sowohl über einen während des Signalimpulses geschlossenen ersten Analogschalter (Sl) ein gegen Bezugspotential geschalteter Aufladungskondensator (LK) an eine Konstantstromquelle (K) angeschlossen ist als auch mit fallender Flanke des Signalimpulses geschaltet ein drittes monostabiles Zeitglied (Z3) der Parallelschaltung eines Umladungskondensators (EK) zum Aufladungskondensator (LK) über einen zweiten Analogschalter (S2) dient und vom Ausgang der dritten monostabilen Zeitstufe (Z3) mit fallender Impulsflanke gesteuert eine vierte monostabile Zeitstufe (Z4) zur Schaltung eines der Entladung des Aufladungskondensators (LK) dienenden, diesem parallel geschalteten dritten Analogschalter (S3) vorgesehen ist, wobei die Schaltzeiten der dritten und vierten monostabilen Zeitstufe (Z3, Z4) zusammen kleiner als die Zeit der Impulsfolge ist, und wobei die Kapazität des Umladungskondensators (EK) kleiner ist als die des Aufladungskondensators (LK), und dass der Umladungskondensator (EK) über einen hochohmigen Ausgangsschaltkreis (SF) und über ein Tiefpassfilter (TP) den Kanalausgang der selektiven Demodulationsstufe bildet.

2. Selektive Demodulationsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Signalqualität durch Vervielfachung der zulässigen Bandbreite bei senderseitig entsprechender Schaltung die Kanäle mehrerer in der Impulsfolge zueinander annähernd zeitlich äquidistant liegender Signalimpulse zusammengeschaltet sind und dass ausgangsseitig ein Tiefpassfilter (TP) mit erhöhter Bandbreite vorgesehen ist.

3. Selektive Demodulationsstufe nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgangseitige Tiefpassfilter (TP) auf die erhöhte Bandbreite von Hand oder automatisch umschaltbar ist.

4. Selektive Demodulationsstufe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als hochohmiger Ausgangsschaltkreis ein Operationsverstärkerschaltkreis (SF) vorgesehen ist.