DE3043921C2 - Schaltung zur breitbandigen Detektion der Amplitudenmaxima von Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur breitbandigen Detektion der Amplitudenmaxima von Signalen, unter Verwendung eines Verstärkers mit zwei zueinander inversen Eingängen, eines Diodenpaares und eines Ladekondensators.

Schaltungen dieser Art eignen sich für Signalanalysen überall dort, wo die Analyse unter anderem Aufschluß über die zeitliche Lage von Amplitudenmaxima oder auch die Anzahl auftretender Amplitudenmaxima innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls geben soll.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet solcher Schaltungen sind jedoch digitale Signale. Digitale Signale so haben im allgemeinen ein relativ breites Frequenzspektrum und erleiden deshalb bei der Übertragung über bandbegrenzte Kanäle oder auch bei der Zwischenspei' cherung auf Magnetbändern nicht unerhebliche Verzerrungen.

Um solche verzerrten und oftmals auch von zusätzlichen Störungen überlagerten digitalen Signale zu regenerieren, ist es beispielsweise durch die DE-AS 51 803 bekannt, die verzerrten Impulse zunächst bis auf ihre Spitzen zu unterdrücken, anschließend zu differenzieren und die neuen regenerierten Impulse sodann von der den Nulldurchgang markierenden Planke der differenzierten Pulsspitzen abzuleiten. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Schaltung bedeutet einen nicht unerheblichen technischen Aufwand insbesondere dann, wenn die Einrichtung zum Differenzieren mit Rücksicht auf das zu regenerierende Signal breitbandig ausgelegt werden muß. Hinzu kommt, daß eine einwandfreie Regeneration nur dann möglich ist, wenn von der Differenziereinrichtung sowohl Oleich*- stromkomponenten als auch niederfrequente Wechselkomponenten unterhalb des eigentlichen tyutzbereichs des zu regenerierenden Signals ferngehalten werden. Andernfalls bewirken sowohl der Gleichstrom als auch die genannten niederfrequenten Wechselkomponenten unerwünschte Phasenverschiebungen der;,Nulldurchgänge der differenzierten Impulse bzw, «^zeugen zusätzliche NuUdurchgänge, die ebenfalls der einwandfreien Regeneration des verzerrten Signals entgegenstehen. Ferner führen erhebliche Amplitudenänderungen (> 20 dB) bei den Differenziereinrichtungen zu Schwierigkeiten (Übersteuerungen).

Durch die Literaturstelle Electronics/November 14, 1974, Band 47, Heft 23, Seiten 145 bis 149 sind auch bereits verstärkende mit Dioden und Kondensatoren realisierte Spitzendetektoren bekannt, bei denen der jeweils ermittelte Spitzenwert an einem für einen neuen Meßvorgang kurzschließbaren Kondensator abgelesen werden kann. Derartige Detektoren eignen sich jedoch nicht für die Regeneration von digitalen Signalen, da sie nicht in der Lage sind, die Zeitlage der Spitzenwerte zu markieren.

Weiterhin ist es durch die DE-OS 28 33 379 bekannt, Extremwerte zeitlich veränderlicher elektrischer Größen zur Anzeige zu bringen und dabei auch wenigstens annähernd ihre Zeitlage zu bestimmen. Das hier beschriebene Verfahren verwendet als Anzeigekriterium die Nullintegration zwischen dem Eingangssignal und einem hiergegen verzögerten Eingangssignal unter Verwendung einer die Verzögerung bewirkenden Ultraschallwelle. Ein solches Verfahren ist nur für relativ langsame Änderungsvorgänge möglich und ermöglicht darüber hinaus auch nur eine angenäherte Bestimmung der Zeitlage der auftretenden Extremwerte.

Schließlich ist noch durch die DE-OS 21 13 236 ein Detektor für das Feststellen der Veränderung der Neigungspolarität elektrischer Signale bekannt, bei dem von einem über Zenerdioden gegengekoppelten Operationsverstärker mit einem Kondensatorspeicher im Eingangskreis Gebrauch gemacht wird. Der Detektor ist hierbei für dielektrische Messung von Atemvorgängen gedacht Für schnelle Vorgänge ist diese bekannte Schaltung ebenfalls nicht geeignet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltung der einleitend geschilderten Art eine weitere Lösung anzugeben, die ebenfalls auf eine Differentiation verzichtet, eine Breitbanddetektion der Amplitudenmaxima von Signalen auch bei hohen Frequenzen bei erheblichen Amplitudenänderungen (Pegelschwankungen) ermöglicht und einen minimalen technischen Aufwand aufweist

Ausgehend von einer Schaltung zur breitbandigen Detektion der Amplitudenmaxima von Signalen wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 das Schaltbild einer Detektorschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 die Schaltung nach Fig. 1 näher erläuternde Zeitdiagramme.

Die Schaltung nach Pigt 1 weist eingangsseitig den Operationsverstärker Ot mit i?wei zueinander inversen Eingängen auf, von denen der invertierte Eingang (.-) über die gegensinmg einander paraHelgegchalteten , ^r; Dioden P1 und P'2 mit seinem Ausgang und mit dem auf Bezugspotentiai liegenden Ladekondensator C * verbunden ist. Der nicht invertierte Eingang (+) des {1 Operationsverstärkers 01 und ein Eingang eines zweiten </ Operationsverstärkers 02 liegen am Eingangsanschluß e Ϊ7 der Schaltung, Der zweite Eingang des zweiten j -, Operationsverstärkers 02 ist ebenfalls mit dem Ausgang ' des Operationsverstärkers 01 verbunden und stellt mit ( seinem Ausgang a den Ausgang der Schaltung dar.
< j Die Zeitdiagramme e, κ und a der F ig. 2 gegen die Wt Spannungsverläufe an den entsprechenden Schaltungsf£ punkten in der Schaltung nach F ig. 1 an, anhand derer :"* nunmehr die Wirkung der Schaltung noch näher ä beschrieben werden soIL

ρ Bei Anliegen eines Eingangssignals entsprechend ';"· dem Diagramm e wird der Ladekondensator C über die ! Dioden Dl und D 2 vom Operationsverstärker 01 aufgeladen. Die aufgrund der Schaltung wirksame. Spannung am Schaltungspunkt ν entsprechend dem Diagramm ν ist im Bereich des ersten ansteigenden Astes der Eingangsspannung um die Schwellspannung der hier in Durchlaßrichtung gepolten Diode D 2 höher. [ Im Diagramm ν ist dies durch zusätzliche Angabe des .Eingangssignals entsprechend Diagramm ein unterbro- » chener Linie verdeutlicht Wird das Maximum erreicht ; erzwingt die Umladung des Ladekondensators C auf dem absteigenden Ast des Eingangssignals nach dem Diagramm e ein Umschalten der Dioden, und zwar geht die Diode D 2 in den Sperrzustand über, während die Diode D1 in den Durchlaßzustand übergeführt wird. Dies hat hinsichtlich der Spannung am Schaltungspunkt ν einen Spannungssprung nach unten in der Größe der doppelten Diodenschwellenspannung zur Folge, weil ansonsten diese Umladung nicht stattfinden kann. Die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 01 nach Diagramm ν ist nunmehr um die Schwellspannung niedriger als de augenblickliche Spannung am Ladekondensator C. Sobald die Eingangsspannung den tiefsten Spannungswert erreicht hat, erfolgt die erneute Aufladung des Ladekondensators C wiederum über die Diode P 2. Diese Umschaltung der Diode D1 in den Sperrbereich und der Diode D 2 in den Durchlaßbereich hat wiederum einen Sprung um die doppelte Diodenschwellensp?nnung am Ausgang des Operationsverstärkers 01 zur Folge, der diesmal nach oben gerichtet ist, Diese Spannungssprünge der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 01 markieren die Maxima des Eingangssignals und erscheinen am Ausgang des als Komparator wirksamen Operationsverstärkers 02 in Form von Spannungssprüngen, die in ihrer Folge am

Ausgang a eine Rechteckimpulsfolge ergeben. Der als Komparator wirksame Operationsverstärker 02 kann an seinen Eingängen nicht übersteuert werden, weil die hier zwischen den zueinander invertierten Eingängen auftretende Spannung den zweifachen Wert der Schwellwertspannung der Dioden P\ und D 2 nicht überschreitet

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für seine Anwendung im Bereich der Tonstudiotechnik wurde die Schaltung durch folgende Bauteile verwirklicht

01 = ΤΟΑΊ034ΝΒ

02 = UA709
D1/D2= BC 109 C
C = InF

Die Spannungsversorgung erfolgte mit ±15 Volt Dies ergab eine Spannung für das Eingangssignal von maximal ±10 Volt Der Frequenzbereich betrug 1 kHz bis 30 kHz. Die Detektionsverzögerung betrug bei 5 kHz etwa 6usec und bei 1OkHz etwa 5 μ see. Die Dioden wurden durch die Basis-Kollektorstrecke der oben angegebenen Transistoren bei offenem Emitteranschluß verwirklicht Der Detektionsbereich hinsichtlich Amplitudenänderungen ist > 20 dB.

Niederfrequente Wechseikomponenten unterhalb des eigentlichen Nutzfrequenzbereichs des zu detektierenden Signals sowie Gleichstromkomponenten werden von der Schaltung nach der Erfindung nicht berücksiditigt, so daß sie auch vorab nicht vom Signal getrennt werden müssen. Die Schaltung detektiert immer nur das jeweilige Amplitudenmaxima und arbeitet um so exakter, je kürzer das Schaltverhalten der verwendeten Dioden ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   I₁ Schaltung zur brettbandigen Detektion der AmpHtudenmwfiroaiyon SjgnaJejvwrter yerwendung eines Verstärkersmit zwei weinanderinversen Eingängen, eines Diodenpaares und eines Ladekondensators, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Komparator (02) vorgesehen ist und hierbei der eine Eingang des Verstärkers (01) gemeinsam mit dem einen Eingang des !Comparators den Signaleingang (e) und der Ausgang des !Comparators den Ausgang (a) der Schaltung bilden, daß außerdem der andere Verstärkereingang einerseits über das eine gegensinnige Parallelschaltang aufweisende Diodenpaar (D i/D 2) mit dem Verstärkerausgang verbunden ist und andererseits über den Ladekondensator (C) auf Bezugspotential liegt und daß der andere Eingang des !Comparators ebenfalls mit dem Verstärkerausgang in Verbindung steht
2. 2. Schalung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden des Diodenpaares (D t/D2) ein extrem kurzes Schaltverhalten aufweisen.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (01) ein Operationsverstärker und tier Komparator (02) ebenfalls durch einen Operationsverstärker realisiert ist
4. 4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Diodenpaar (D i/D2) durch die Basis-Kollektorstrecke zweier zueinander komplementärer Transistoren realisiert ist

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