DE2721993C3 - Schaltungsanordnung zum Übertragen von digitalen Gleichstromsignalen mittels Trägerschwingungen vorgegebener Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schallungsanordnung 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 isL Die Übertragung wird dabei entweder durch sogenannte Impulsumsetzung, also durch wechselweises Ein- bzw. Ausschalten eines von zwei Oszillatoren, oder

is 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 Datenübertragungsanlagcn sinnvoll, bei denen die einzelnen Telegraphieschritte eine vorbestimmte Grundlängc 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 einen auf d<~ andere Frequenz nicht mehr zu definierten Zeitpunkten bezüglich der Phase der

jo Träger»chwingungen vorgenommen werden kann. Wenn die zu übertragenden Impulse insbesondere pulsdaucrmodulicrte Impulse sind und diese modulierten Impulse beispielsweise zur Überbrückung einer Hochspannung mit Hilfe wenigstens einer Trägerfrc qucnzschwingung 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 Übcrlragungsqua^i;'.äl Schwierigkeiten bezüglich des Gcräuschspannungsabstandes und des Fremdspannungsabsiandcs ergeben, wie die folgenden Überlegungen zeigen. Statt eines beispielsweise pulsdauermodulicrtcn Gleichstromimpulscs wird ja bei der trägerfrequenz Übertragung ein irägerfrequenter Schwingungszug gleicher Dauer und konstanter Frequenz übertragen. Da die Dauer dieses Schwingungszuges wegen der Pulsdauermodulation stetig veränderlich ist. kann der Schwingungsziig nicht i/nmcr aus einer gan/.zahligcn Anzahl von Trägerschwingungen bestehen: vielmehr enthält der trägerfrequenz 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 Bruchstürke ein breites Frequenzspek-Irum aufweisen, dem der Übertragungsweg im allgemeinen nicht gewachsen ist. Es treten dann immer wieder Verzerrungen im Übertragungsweg auf, die /u einer

W) gestörten Demodulation führen, weil die Dcmodulationseinrichtung die Enden der einzelnen Impulse nicht mehr eindeutig feststellen kann. Bei beispielsweise stetig abnehmender Dauer der Irägcrfrcqucnlen Schwingungszüge zeigt sich daher, daß die Impulsdauer des demodulierten trägcrfrcqucnicn Schwingungszuges, also beispielsweise des wiedergewonnenen pulsdaucrmodulierlcn Glcichslromsignals nicht immer siciig. 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 t 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 nur 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.

Linier ungünstigen Umständen kann es aber immer noch geschehen, daß die Schwingungsbruchstüc'.e 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 Ausschaltzeitcn eines Oszillators gegenüber enispre- jo chenden 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 J5 allerdings bei der Demodulation wieder kompensiert werden.

Wenn als Überiragungskanälc zwei voneinander getrennte Übertragungswege für die Schwingungszüge der beiden Oszillatoren verwendet werden und zugleich eine zwischen drm 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, doc:; könnten sie auch voneinander abweichende Trägerfrequenzen erzeugen, jedoch kann eines der spannungsfesten Übertragungsglieder eingespart werden, wenn die Oszillatoren je eine von zwei voneinander abweichende Trägerfrequenzen erzeugen und über einen gemeinsamen Übertragungsweg übertragen, wenn das verbleibende hochspannungsfestc Übertragungsglied für die Übertragung beider Trägerfrequenzen geeignet ist. Wegen der unabhängig voneinander erfolgenden Bewertung der beiden Trägerschwingungen mu3 die Demodulationseinrichtung im Empfänger dann allerdings eine Frequenzweiche für die beiden unterschiedlichen Trägerfrequenzen enthalten. bo

In allen Fällen der Anwendung eines hochspannungsfcslcn llbertragungsgliedes hat sich im Zusammenhang mit der F.rfindung ein incluktiscr Übertrager als am vorteilhaftesten erwiesen, weil ein solcher in der Lage ist. an seinem Ausgang einen hohen Spannungspcgcl zu tv, liefern, wodurch auch <·ίη hoher Slörspanniingsahstand gewährleistet ist.

Anhand der /.cifhnungcii \^vird auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung eingegangen und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt F i g. I ein Blockschaltbild der Erfindung und

F i g, 2 ein zugeordnetes Impulssehema.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Übertragungswege vorgesehen, denen über die gemeinsame Eingangsklemme 1 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. IR verzögert, so daß aufgrund der Invertierung im Verzögerungsglied 2 eine Ausschaltverzögerung der beiden nachgcschaltcten Oszillatoren 5 und 6 bewirkt wird.

Die Oszillatoren 5 und 6 liefern eine revhteckförmige Trägerschwingung und werden über die Leitungen 7 und 8 wechselweise ein- und ausgeschaltet. Über die Verstärker 9 und 10 führen die Übertragungswege .tu den hochspannungsfesten Übertragungsgliedern 11 und 12, hier in Form von Trennübertragern. Darauf folgen die Demodulatoren 13 und 14 in Form von Gleichrichterschaltungen mit nachgeschaltetem Widerstand R und Kondensator C. Das Nand-Gatter 15 im unteren Übertragungsweg sorgt für eine Invertierung, und das weitere Nand-Gatter 16 leitet aus den Impulsfolgen der beiden Übertragungswege die pulsdauermodulierte Impulsfolge 28 ab,die im Nand-Gatter 17 invertiert wird und die impulsfolge 29 darstellt.

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

Damit die Einschallflanke des einen Oszillators 3 nicht rr't 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 Oszillaloren 5 und 6 fast 100 Nanosekunden vergehen. Die dadurch hervorgerufene Verzerrung der zu übertragenden pulsdauermodulierten Impulse wird durch eine Ausschaltverzögerung mit Hilfe der Verzögerungsglieder 3 bzw. 4 in jedem der Zweige korrigier!.

Bei den Positionsziffern 18 bis 25 sind 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 genauer dargestellt. Der positive Impuls unter der Position 18 hat die Dauer D. Er wird im Verzögerungsglied 2 invertiert und um 8Ö Nanosekun-'den verzögert und zum negativen Impulr 24. Im Verzögerungsglied 3 erfolgt eine weitere Invertierung und eine Verzögerung der ansteigenden flanke des Impulszuges 24. so da'J sich der positive Impuls 25 ergibt. Mit diesem wird der Oszillator 5 ein- und ausgeschaltet und liefert den Trägerschwingungs/.ug 26,

wobei clic Einschaltung jedoch um ungefähr 80 Nanosckiirulcii verzögert erfolgt Nach Gleichrichtung im Demodulator Π ergibt sich der Kurven/ug 27.

Im unteren Übertragungsweg von l'ig. I einsteht hinter dem Verzögerungsglied 4 zunächst der negative Impuls 19. der aus dem Impuls 18 dadurch entsteht, dall dieser invertiert und daß dessen ansteigende Flanke um HO Nanosekundcn verzögert wird. Mit dem Impuls 19 wird der Oszillator 6 verzögert ein- und unvcrzögert ausgeschaltet, so daß sich der Trägcrschwinguiigsziig 21 am Ausgang des Übertragungsglicdcs 12 ergibt. D.iraus 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 21! der Dauer D', wenn sowohl der Impuls 23 als auch der Impuls 27 positive Werte haben. Nach erneuter Invertierung entsteht aus dem Impuls 28 der Impuls 29.

Dabei fällt auf. daß die Dauer I)'der Impulse 2fl und 29 kurzer ist als die Dauer D des Impulses 18. Die Differenz ist aber beim vorliegenden Beispiel, bei dem die Impulsfrequenz des Impulses 18 ungefähr 5OkIIz 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 nachgesehaltet. dessen Einschaltverzögerung kleiner als die Ausschaltverzögerung ist. so ist es sogar von Nutzen, wenn die Dauer I) kürzer als die Dauer I)M. weil der positive Impuls ties Impulses 29 in einem solchen Schaltverstärker zwangsläufig verlängert wird.

' Auf die Dauer I) kann noch auf andere Weise Einfliif.1 genommen werden, beispielsweise indem stall des Verzögerungsgliedes 4 ein Verzögerungsglied mit Sus- und I !!!schaltverzögerung vorgesehen wird und zugleich die Ausschaltverzögerung des Verzögeriingsglie-

i" des 2 verdoppelt wird. Hei allen möglichjn Abwandlungen des gezeigten Ausführunysbeispicles kommt es aber darauf an. daß die Anfänge und linden der Trägerschwingungszüge zeitlich möglichst gestaffelt liegen und daß die Impulsflanken des Impulses 28 auf jeden

I^ ("all nur von den Anfängen von Trägcrsehwingungszügen bestimmt werden.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat noch den zusätzlichen Vorteil, dal) bei Ausfall des unteren Ühcrtragunpswrgrs der Rrlrirh wrnn ;iinh nut verschlechterter Qualität, aufrecht erhalten werden kann.

In der Praxis ist es zw eckmäßig, die Oszillatoren 5 und 6 nicht in einem einzigen integrierten Schallkreis unterzubringen, damit sie sieh beim Fm- und Ausschal-

>> ten nicht gegenseitig stören. Außerdem ist es zweckmäßig, die Stromversorgung der beiden Oszillatoren durch A?C-Cjlicder voneinander zu entkoppeln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. 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 PulsdauermoduJRtions-Übertragungsanlagen mit kontinuierlich veränderlicher Impulsdauer, d a -durch 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 Demodulaiionseinrichtung (13, 14, 16) verbunden sind, die nur aus den Anfängen der beiden Trägerschwingungen (26 bzw. 21) ein digitales Gleichstromsignal (29) bildet, das praktisch gleichung wie das die beiden Oszillatoren (5 bzw. 6) wechselweise steuernde digitale Glcichstromsignal(18)ist.
2. 2.Schaltungsanordnung n&jh Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eil :m der Steuercingänge der beiden Oszillatoren (5 bzw. 6) eine lmpnilsverzögerungscinrichtung(2) vorgeschaltei ist, die deren Einschaltung und Wicdcrausschaltung 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) zeillich zusammenfällt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I oder 2 für den Einsatz in Hochspannungsanla-2°ⁿ 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 ais Übcrlragungskanäle dienende Übertragungswege (9, Il bzw. 10,12), in deren jedem ein hochspannungsfestes Übertragungsglied (11 bzw. 12) angeordnet ist, räumlich voneinander getrennt übertragen.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I oder 2 für den Einsatz in Hochspannungsanlagen, in denen eine Signalübertragung zwischen Stellen unterschiedlichen Hochspannungspotenlials 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 gcirennl iiberlragen.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4. dadurch gekennzeichne!, daß als spannungsfestes Übertragungsglied ein induktiver Übertrager(l I bzw. 12)dient.