DE2721993B2 - Schaltungsanordnung zum Übertragen von digitalen Gleichstromsignalen mittels -Trägerschwingungen vorgegebener Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Es ist bereits bekannt, eine Übertragung von schrittcodierten Gleichstromsignalen mittels zweier Frequenzen durchzuführen, von denen die eine der Impulsdauer und die andere der Impulspause zugeordnet ist. Die Übertragung wird dabei entweder durch sogenannte impulsumsetzung, also durch wechselweises Ein- bzw. Ausschalten eines von zwei Oszillatoren, oder durch sogenannte Impulsmodulation, also durch wechselweises Umschalten der Frequenz eines einzigen Oszillators, vorgenommen (Fritz Schiweck, Fernschreibtechnik, 4. Auflage, Prien 1962, Seiten 470, 471, 476,477 und 478). Diese Maßnahmen sind jedoch nur für Fernschreib- und ähnliche Datenübertragungsanlagen sinnvoll, bei denen die einzelnen Telegraphieschritte eine vorbestimmte Grundlänge haben. Wenn die zu übertragenden Impulse jedoch mit einem kontinuierlich veränderlichen Signal bereits moduliert sind, so daß die modulierende Information in der Lage von Impulsflanken liegt, können diese Maßnahmen nicht mehr störungsfrei angewandt werden, da dann die Umschaltung von der einjn auf die andere Frequenz nicht mehr zu definierten Zeitpunkten bezüglich der Phase der

JO Trägerschwingungen vorgenommen werden kann. Wenn die zu übertragenden Impulse insbesondere pulsdauermodulierte Impulse sind und diese modulierten Impulse beispielsweise zur Überbrückung einer Hochspannung mit Hilfe wenigstens einer Trägerfre-

J5 quenzschwingung übertragen werden sollen, wobei diese Trägerfrequenzschwingung selbst nicht sinusförmig sein muß, ergeben sich weitere Schwierigkeiten, die einer Anwendung der bekannten Maßnahmen entgegen stehen. Vor allem können sich zumindest bei höheren Anforderungen an die Übertrag- npsqualität Schwierigkeiten bezüglich des Geräuschspannungsabstandes und des Fremdspannungsabstandes ergeben, wie die folgenden Überlegungen zeigen.

Statt eines beispielsweise pulsdauermodulierten Gleichstromimpulses wird ja bei der trägerfrequenten Übertragung ein trägerfrequenter Schwingungszug gleicher Dauer und konstanter Frequenz übertragen. Da die Dauer dieses Schwingungszuges wegen der Pulsdauermodulation stetig veränderlich ist, kann der Schwingungszug nicht immer aus einer ganz/.ahligen Anzahl von Trägerschwingungen bestehen; vielmehr enthält der trägerfrequente Schwingungszug am Anfang und/oder am Ende Bruchstücke einer solchen Schwingung. Diese Bruchstücke können aber zu

erheblichen Störungen bei der Übertragung führen, da die einzelnen Bruchstücke ein breites Frequenzspektrum aufweisendem der Übertragungsweg im allgemeinen nicht gewachsen ist. Es treten dann immer wieder Verzerrungen im Übertragungsweg auf, die zu einer gestörten Demodulation führen, weil die Demodulationseinrichtung die Enden der einzelnen Impulse nicht mehr eindeutig feststellen kann. Bei beispielsweise stetig abnehmender Dauer der trägerfrequenten SchwingungszUgc zeigt sich daher, daß die Impulsdauer des demodulierten trägerfrequenten .Schwingungszuges, also beispielsweise des wiedergewonnenen pulsdauermodulierten Gleichstromsignals nicht immer stetig, sondern bisweilen auch sprunghaft abnimmt.

Daraus folgt als Aufgabe der Erfindung das Bestreben, die Übertragungsqualität einer trägerfrequenten Impulsübertragungseinrichtung zu verbessern, wenn die zu übertragende Information in der Lage von Impulsflanken liegt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches I angegebenen Maßnahmen gelöst.

Dabei wird einerseits durch die Anwendung zweier Oszillatoren und zweier voneinander getrennter Übertragungskanäle, von denen jeder Oszillator stets mit gleichbleibender Phase anschwingt, und andererseits durch die Anwendung einer Demodulationseinrichtung, die die beiden Trägerschwingungen unabhängig voneinander bewertet und v.ur die Anfänge beider trägerfrequenter Schwingungszüge zur Trägerdemodulation heranzieht, um ein dem anliegenden Gleichstromsignal entsprechendes digitales Gleichstromsignal zu bilden, erreicht, daß am Ende der Schwingungszüge liegende Schwingungsbruchstücke wechselnder Länge bei der Demodulation unberücksichtigt bleiben.

Unter ungünstigen Umständen kann es aber immer noch geschehen, daß die Schwingungsbr chstücKe des jeweils einen Oszillators einen störenden Einfluß auf das Anschwingen des jeweils anderen Oszillators ausüben; denn der jeweils andere Oszillator schwingt ja stets gerade dann an, wenn der eine zu schwingen aufhört. Um solche gegenseitig störenden Beeinflussungen zu vermeiden, ist es daher zweckmäßig, die Ein- und Ausschaltzeiten eines Oszillators gegenüber entsprechenden Aus- und Einschaltzeiten des anderen Oszillators geringfügig, beispielsweise um die Dauer eines Bruchteiles der betreffenden Trägerschwingung zu verschieben, z. B. etwa um die Dauer einer halben Trägerschwingung. Diese Verschiebung muß dann allerdings bei der Demodulation wieder kompensiert werden.

Wenn als Übertragungskanäle zwei voneinander getrennte Übertragungswege für die Schwingungszüge der beiden Oszillatoren verwendet werden und zugleich eine zwis .hen dem Sender und dem Empfänger liegende Potentialdifferenz mit einem hochspannungsfesten Übertragungsglied überbrückt werden muß, muß in jedem der unterschiedlichen Übertragungswege ein solches hochspannungsfestes Übertragungsglied liegen; die beiden Oszillatoren können dann sinnvollerweise die gleiche Trägerfrequenz erzeugen, doch könnten sie auch voneinander abweichende Trägerfrequenzen erzeugen. Jedoch kann eines der spannungsfesten Übertragungsglieder eingespart werden, wenn die >o Oszillatoren je eine von zwei voneinander abweichende Trägerfrequenzen erzeugen und über einen gemeinsamen Übertragungsweg übertragen, wenn das verbleibende hochspannungsfeste Übertragungsglied für die Übertragung beider Trägerfrequenzen geeignet ist. Wegen der unabhängig voneinander erfolgenden Bewertung der beiden Trägerschwingungen muß die Demodulationseinrichtung im Empfänger dann allerdings eine Frequenzweiche für die beiden unterschiedlichen Trägerfrequenzen enthalten. wi

In allen Fällen der Anwendung eines hochspannungsfesten Ühertragungsgliedes hat sich im Zusammenhang mit der Erfindung ein induktiver Übertrager als am vorteilhaftesten erwiesen, weil ein solcher in der Lage ist, an seinem Ausgang einen hohen Spannungspegel zu μ liefern, wodurch auch ein hoher Störspannungsabstancl gewährleistet ist.

Anhand der Zeichr ingen wird auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung eingegangen, und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung und

F i g. 2 ein zugeordnetes Impulsschema.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Übertragungswege vorgesehen, denen über die gemeinsame Eingangsklemme I die zu übertragenden pulsdauermodulierten Impulse 18 mit einer Impulsfrequenz von 5OkHz zugeführt werden. Im oberen Zweig folgt darauf das zugleich invertierende Verzögerungsglied 2 mit einer Verzögerungszeit von 80 Nanosekunden, das sowohl die Anstiegsflanke wie auch die Abstiegsflanke der Impulse 18 verzögert. Außerdem sind in beiden Zweigen die weiteren zugleich invertierenden Verzögerungsglieder 3 und 4 mit einer Verzögerungszeit von jeweils 80 Nanosekunden vorgesehen, von denen jedes nur die Anstiegsflanke des jeweils anliegenden Impulses 24 bzw. 18 verzögert, so daß aufgrund der Invertierung im Verzögerungsglied 2 eine Ausschaltverzögerung der beiden nachgeschalteten Oszillatoren 5 und 6 bewirkt wi-d.

Die Oszillatoren S und 6 liefern .^ne rechieckfnnnige Trägerschwingung und werden über die Leitungen 7 und 8 wechselweise ein- und ausgeschaltet. Über die Verstärker 9 und 10 führen die Übertragungswege zu den hochspannungsfesten Übertragungsgliedern U und 12, liier in Form von Trennübertragern. Darauf folgen die Demodulatoren 13 und 14 in Form von Gleichricluerschaltungen mit nachgeschaltetem Widerstand R und Kondensator C Das Nand-Gauer 15 im unteren Übertragungsweg sorgt für eine Invertierung, und das weitere Nand-Gauer 16 leitet aus den Impulsfolgen der beiden Übertragungswege die pulsdaiiermodulierte Impulsfolge 28 ab, die im Naiid-Gatter 17 invertiert wird und die Impulsfolge 29 darstellt.

Um gegen Störimpulse sicher zu sein, werden die pulsdauermodulierten Impulse empfängerseitig (rechts von den Übertragungsgliedern 11 und 12) durch einen Spannungsvergleich der gleichgerichteten Trägerschwingungen im Nand-Gatter 16 erzeugt.

Damit die Einschaltflanke der, einen Oszillators 3 rxht mit der störenden Ausschaltflanke des anderen Oszillators 4 zusammenfällt, werden auf der Senderseite (links von den Übertragungsgliedern 11 und 12) die .Schaltzustände durch das Verzögerungsglied 2 zeitlich gegeneinander verschoben.

Die Verzögerungsglieder 3 und 4 haben sich als zweckmäßig erwiesen, weil sich gezeigt hat, daß zwischen dem Einschalten und dem Anschwingen der Oszillatoren 5 und 6 fast 100 Nanosekunden vergehen. Die dadurch hervorgerufene Verzerrung der zu übertragenden pulsdauermodulierten Impulse wird 'lurch eine Ausschaltverzögerung mit Hilfe der 7erzögeriingsglieder 3 bzw. 4 in jedem der Zweige korrigiert.

Bei den Positionsziffern 18 bis 25 ^cind für einen gemeinsamen Zeitpunkt Oszillogramme für den Fall dargestellt, daß der bei Ziffer 18 gezeigte Impuls gerade in die Eingangsklemme 1 hinein läuft. In F i g. 2 sind die Verhältnisse ge-.auer dargestellt. Der positive Impuls unter der Position 18 hat die Dauer D. Er wird im Verzögerungsglied 2 invertiert und Um 80 Nilriosekunden verzögert und zum negativen Inipuls 24. Im Verzögerungsglied 3 erfolgt eine weitere Invertierung und eine Verzögerung der ansteigenden Flanke des Impulszuges 24, „·ο daß sich der positive Imouls 25 ergibt. Mit diesem wird der Oszillator 5 ein- und ausgeschaltet und liefert den Trägerschwingutiiiszug 26,

v'obei die Einschaltung jedoch um ungefähr 80 Nanosekunden verzögert erfolgt. Nach Gleichrichtung im Demodulator 13 ergibt sich der Kurvenzug 27.

Im unteren Übertragungsweg von F i g. I entsteht hinter dem Verzögerungsglied 4 zunächst der negative Impuls 19, der aus dem Impuls 18 dadurch entsteht, daß dieser invertiert und daß dessen ansteigende Flanke um 80 Nanosekunden verzögert wird. Mit dem Impuls 19 wird der Oszillator 6 verzögert ein- und unverzögert ausgeschaltet, so daß sich der Trägerschwingungszug 21 am Ausgang des Übertragungsgüedes 12 ergibt. Daraus entsteht nach Gleichrichtung im Demodulator 14 der Kurvenzug 22, der im Nand-Gatter 15 zum Impuls 23 invertiert wird.

Am Ausgang des Nand-Gatters 16 entsteht aus den Impulsen 23 und 27 dann der negative Impuls 28 der Dauer D', wenn sowohl der Impuls 23 als auch der Impuls 27 positive Werte haben. Nach erneuter

h! aus Hpm ImniiU 7R Hpr ImniiU 29

Dabei fällt auf, daß die Dauer D' der Impulse 28 und 29 kürzer ist als die Dauer D des Impulses 18. Die Differenz ist aber beim vorliegenden Beispiel, bei dem die Impulsfrequenz des Impulses 18 ungefähr 50 kHz beträgt, vernachlässigbar klein. Außerdem könnte sie durch geeignete Ausführung der Schaltung hinter dem Nand-Gatter 16 ausgeglichen werden. Ist dem Nand-Gatter 17 ein Impulsverstärker nachgeschaltet, dessen Einschaltverzögerung kleiner als die Ausschaltverzögerung ist. so ist es sogar von Nutzen, wenn die Dauer D' kurzer als die Dauer D ist, weil der positive Impuls des ₍Impulses 29 in einem solchen Schaltverstärker zwangsläufig verlängert wird.

Auf die Dauer D'kann noch auf andere Weise Einfluß genommen werden, beispielsweise indem statt des Verzögerungsgliedes 4 ein Verzögerungsglied mit Aus- und Einschaltverzögerung vorgesehen wird und zugleich die Ausschaltverzögerung des Verzögerungsgliedes 2 verdoppelt wird. Bei allen möglichen Abwandlungen des gezeigten Ausffihrungsbeispieles kommt es aber darauf an, daß die Anfänge und Enden der Trägerschwingungszüge zeitlich möglichst gestaffelt liegen und daß die Impulsflanken des Impulses 28 auf jeden

ι■> Fall nur von den Anfängen von Trägerschwingungszügen bestimmt werden.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat noch den zusätzlichen Vorteil, daß bei Ausfall des unteren

I IhprtrauiinDCU/popc rlpr Rptriph u/f>nn aiirl-, mit

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verschlechterter Qualität, aufrecht erhalten werden kann.

Inder Praxis ist es zweckmäßig,die Oszillatoren 5 und

6 nicht in einem einzigen integrierten Schaltkreis unterzubringen, damit sie sich beim Ein- und Ausschalten nicht gegenseitig stören. Außerdem ist es zweckmä Big, die Stromversorgung der beiden Oszillatoren durch flC-Clieder voneinander zu entkoppeln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Übertragen von digitalen Gleichstromsignalen beliebiger Signal-, und Pausendauer mittels zweier die Signaldauer bzw. die Pausendauer kennzeichnender Trägerschwingungen vorgegebener Frequenz, von denen die eine durch einen der Signaldauer zugeordneten einen und die andere durch einen der Pausendauer zugeordneten anderen von zwei unabhängig voneinander ein- und ausschaltbaren, vorzugsweise als Rechteckwellengeneratoren ausgebildeten Oszillatoren abgegeben wird, die durch das digitale Gleichstromsignal wechselweise ein- und wiederausgeschaltet werden und unabhängig voneinander stets mit jeweils gleichbleibender Phase anschwingen, in Signalübertragungsanlagen, in denen die Signalflanken auch beliebig zwischen den Nulldurchgängen der Trägerschwingungen liegen können, insbesondere in Pulsdstitirmodulations-Obertragungsanlagen mit kontinuierlich veränderlicher Impulsdauer, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden als Modulationseinrichtungen dienenden Oszillatoren (5 bzw. 6) über zwei voneinander getrennte Übertragungskanäle (9, 11 bzw. 10, 12) mit einer die beiden Trägerschwingungen (26 bzw. 21) unabhängig voneinander bewertenden Demodulationseinrichtung (U, 14, 16) verbunden sind, die nur aus den Anfängen der beiden Trägerschwingungen (26 bzw. 21) ein digitales Gleichstromsignal (29) bildet, das praktisch cleichlang wie das die beiden Oszillatoren (5 bzw. 6) wechselweise steuernde digitale Gieichstromsignal(18)ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Stetiereingänge der beiden Oszillatoren (5 bzw. 6) eine Impulsverzögerungseinrichtung (2) vorgeschallet ist, die deren Einschaltung und Wiederausschaltung derart verzögert, daß der Anfang der jeweils einen Trägerschwingung (26 bzw. 21) mit Sicherheit nicht mit dem Ende der jeweils anderen Trägerschwingung (21 bzw. 26) zeitlich zusammenfällt.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I oder 2 für den Einsatz in Hochspannungsanlagen, in denen eine Signalübertragung zwischen Stellen unterschiedlichen Hochspannungspotentials erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Oszillatoren (5 bzw. 6) die gleiche Trägerfrequenz erzeugen und über zwei als Übertragungskanäle dienende Übertragungswege (9, 11 bzw. 10, 12), in deren jedem ein hochspannungslestes Übertragungsglied (<1 bzw. 12) angeordnet ist, räumlich voneinander getrennt übertragen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I oder 2 für den Einsatz in Hochspannungsaniagen, in denen eine Signalübertragung zwischen Stellen unterschiedlichen Hochspannungspotentials erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Oszillatoren zwei voneinander abweichende Trägerfrequenzen erzeugen und in zwei als Übertragungskanäle dienenden Frequenzbändern über einen gemeinsamen Übertragungsweg, in dem ein einziges hochspannungsfestes Übertragungsglied angeordnet ist, frequenzmäßig voneinander getrennt übertragen.

5. Schaltungsanordnung nach einem dnr Ansprüche ) oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsfestes Übertragungsglied ein induktiver Übertrager (11 bzw. 12) dient