DE3142558C2

DE3142558C2 - Nulldurchgangsdetektor für ein sinusförmiges Signal in Rufstromanschalteanordnungen in Fernsprechanlagen

Info

Publication number: DE3142558C2
Application number: DE3142558A
Authority: DE
Inventors: Mustafa Y.M. 33068 Margate Fla. Saleh
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-10-27
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1983-06-16
Also published as: US4345169A; DE3142558A1

Abstract

Um Ungenauigkeiten hinsichtlich zu verwendenden Vorspannungspegel und hinsichtlich einer Eigenverzögerung zu vermeiden, wird ein Nulldurchgangsdetektor (Fig. 2) verwendet, bei dem das betrachtete, elektrische Signal hinsichtlich der Spannung mit seinem eigenen invertierten Wert verglichen wird. Auf diese Weise wird die Differenz zwischen den Signalen an zwei Eingängen (22, 24) eines Vergleichers (20) festgestellt, welche Differenz stets gleich der zweifachen Differenz zwischen dem Spannungswert des elektrischen Signales und seinem Vorspannungspegel, auch bei Nulldurchgängen ist. Damit erreicht man zweifache Empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nulldurchgangsdetektor für ein sinusförmiges Signal in Rufstroman-Schalteanordnungen in Fernsprechanlagen, bei dem der NulldurchgangmittelsSpannungsvergleichsanschalteanordnungen ermittelt wird, wobei ein nichtinvertierender Verstärker und ein invertierender Verstärker vorgesehen sind.

Detektoren zur Feststellung der Nulldurchgänge von Signalen sind beispielsweise in digitalen Synchronisierungsschaltungen, in denen sinusförmige Bezugssignale verwendet werden, bekannt. Bei einer bekannten Anwendung erfolgt die Umsetzung eines sinusförmigen, durch eine Stromversorgung oder durch einen Oszillator erzeugten Signales in ein Rechtecksignal. Bei vielen derartigen Anwendungsarten ist es wichtig, daß die Rechteckschwelle von einem logischen Pegel zum anderen genauestens zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des sinusförmigen Signales liegt.

Hei einer speziellen Anwendung für Fernsprechanlagcn w ird das sinusförmige Signal für eine Rufzeichengabe zum Fernsprechteilnehmer erzeugt. Dabei ist es erwünscht, daß das Rufzeichen an die Tejlnehmerfernsprechleitung zu dem Zeitpunkt angeschaltet wird, zu dem die Spannung den Nullwert hat, um auf diese Weise ein hörbares Anschaltgeräusch an die Teilnehmerleitung zu vermeiden. Ebenso soll das Abschalten des Rufsignales beim Nulldurchgang des Rufstromes erfolgen, um so einen Stromstoß auf die Fernsprechleitung und auf die mit der Fernsprechleitung in Verbindung stehenden Schaltmittel zu verhindern. Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile müssen die Anschaltemittel für den Rufstrom mit dem Nulldurchgang für das Positiv- bzw. Negativwerden des Signals synchronisiert werden.

Bei konventionellen Anordnungen besteht ein Nulldurchgangsdetektor im wesentlichen aus einem Schwellwertdetektor oder »Schmitt-Triger« der fortlaufend das elektrische Signal mit einer Bezugsspannung vergleicht. Diese Bezugsspannung ist dabei auf einen Gleichspannungspegel (beispielsweise Nullpotential) des modulierten elektrischen Signales bezogen. Der Schweüwerldelektor erzeugt ein logisches »Ein«-Signal, wenn das elektrische Signal oberhalb des Schwellwertes und ein logisches »Null«-Signal, wenn das elektrische Signal unterhalb des Schwellwertes liegt. Diese Art von Schwellwertdetektoren genügt zwar den meisten Bedingungen, aber sie zeigen Ungenauigkeiten beim dem Spannungsvergleich und außerdem bewirken Schwankungen des Vorspannungspegels des Signals Ungenauigkeiten bei der Nulldurchgangsfeststellung. Außerdem wechselt der Schweliwertdetektor den logischen Pegel abhängig vom Spannungspegel des Nulldurchgangs (Bezugspegel) mit einem gewissen Toleranzgrad, so daß eine Eigenverzögerung am Ausgang des Nulldetektors auftritt. Ein solcher Detektor ist in dem Aufsatz »Wechselspannungs-Nullindikator« mit hoher Störspannungsunterdrückung »von Bruno Fuhrmann in der Zeitschrift ATM Archiv für technisches Messen, Blatt 850-8 (März 1975) auf Seite 43 bis 48, insbesondere anhand dtr Bilder 1 und 2 beschrieben. Auch dort handelt es sich um einen Nulldurchgangsdetektor, bei dem ein invertierender und ein nicht invertierender Verstärker vorgesehen sind, dessen Bezugsspannung von einer besonderen Bezugsspannungsquelle geliefert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorgenannten Ungenauigkeiten des NuIldurchgangsdeiekiors zu vermeiden, wobei auch die Ansprechgeschwindigkeit des Nulldurchgangs-Detektors erhöht werden soll.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Eingang des Nulldurchgangs-Detektors mit einem Eingang des nicht invertierenden Verstärkers und mit einem Eingang des invertierenden Verstärkers verbunden ist und ferner ein Spannungsvergieicher mit zwei Eingängen und einem Ausgang vorgesehen ist, dessen erster Eingang mit einem Ausgang des ersten Verstärkers und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des anderen Verstärkers verbunden ist, so daß der eine Verstärker dem Spannungsvergieicher ein Eingangssignal und der jeweils andere Verstärker dem Spannungsvergieicher eine Bezugsspannung liefert und damit aufgrund der Bewertung des jeweiligen, invertierten und nicht invertierten Spannungswertes durch den Spannungsvergieicher an seinem Ausgang ein reines Rechtecksignal mit im Zeitpunkt des Nulldurchgangs des sinusförmigen Signals liegende Rechteckschwellen abgegeben wird.

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Auf diese Weise erfoigi anstelle des Vergleichs eines elektrischen Signales mit einer Bezugsspannung der Vergleich mit dem invertierten Wert der eigenen Spannung. Es kann also jetzt in einfachster Weise die Differenz zwischen den Signalwerten an zwei Eingängen des Vergleichers festgestellt werden, wobei diese Differenz stets gleich der zweifachen Differenz zwischen dem Spannungswert des elektrischen Signales und seines Vorspannungspegels, auch bei Nulldurchgängen, ist. Der Nulldurchgangsdetektor ist also immer sowohl zweimal so empfindlich, als auch zweimal so schnell hinsichtlich der Ansprechzeit als die bekannten Schwellw ertdetektoren, die das elektrische Signal nur fortlaufend mit einer Bezugsspannung vergleichen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der nicht invertierende Verstärker und der invertierende Verstärker die gleichen Verstärkungsfaktoren auf.

Hierdurch wird die Forderung hinsichtlich einer genauen Vorspannungsregelung an den Eingängen des Vergleichers überflüssig, wodurch der Nulldurchgangsdetektor unabhängig vom Vorspannungspegel des ankommenden Signals wird.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist zwischen den Ausgängen des genannten nicht invertierenden Verstärkers bzw. des invertierenden Verstärkers und den beiden entsprechenden Eingängen des Vergleichers ein Schalter angeordnet, mittels dem eine Vertauschung der Signalanschaltung von den Verstärkern zu den Eingängen des Vergleichers möglich ist A-jf _s0 diese Weise ist es mittels eines beliebigen Umschalters möglich, die Polarität am Vergleicher in einfacher Weise, falls erforderlich, beispielsweise zu Prüfzwecke, zu wechseln.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin- _s^ dung beschrieben. In der

Fig. 1 ist ein bekannter, konventioneller Nulldurchgangsdetektor schematisch dargestellt. In der

Fig.2 ist ein Nulldurchgangsdetektor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die

F i g. 3A, 3B ·ind 3C zeigen Signaldiagramme, welche die Funktion des Nulldurchgangsdetektors gemäß F i g. 2 erläutern.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die F i g. 1 bis einschließlich 3C.

Die Fig. 1 zeigt einen bekannte, konventionellen Nulldurchgangsdetektor, der einen Verstärker 10 und einen Spannungsvergleicher 12 enthält. Ein elektrisches Signal wird dem Eingang 14 des Verstärkers 10 zugeführt und gelangt über dessen Ausgang zum positiven Eingang des Vergleichen 12. Dem anderen, negativen Eingang des Vergleichers 12 wird eine Bezugsspannr.ng. beispielsweise Nullpotential oder Erdpotential zugeführt. Der Spannungsvergleicher besteht im wesentlichen aus einer Schwellwertanordnung oder aus einem »Schmitt-Trigger«, der ein logisches »Ein«-Signal erzeugt, wenn das Eingangssi' gnal am positiven Eingang des Vergleichers dem Eingangssignal am negativen Eingang übersteigt. Ein logisches »Null«-Signal wird erzeugt, wenn diese Überschreitung nicht erfolgt. Dieser bekannte NuII-durchgangs-Detektor ist für viele Anwendungsmöglichkeilen vorgesehen. Der Vorspannungs- oder Null-Pegel des zusätzlichen elektrischen Signales, das dem positiven Eingang des Spannungsvergleichers 12 züge- b5 führt wird, muß genau gleich der Bezugsspannung sein, welche dem negativen Hingang zugeführt wird, um diese Anordnung genau arbeiten zu lassen. Außerdem ist sowohl die Genauigkeit des Ausganges als uuch die Geschwindigkeit des Stromkreises abhängig von der Genauigkeit und der Toleranz des Spannungsvergle' chers 12. um ein bestimmtes Ausgangssignal bei Spannungssignalpegel welche gleich oder nahezu gleich der Bezugsspannungspegel sind, zu erhalten, ist der Spannungsvergleicher so ausgelegt, daß er entsprechend bestimmter Hystereses Eigenschaften arbeitet. Dies bedeutet, daß das Eingangssignal bei bestimmten Werten sich erst nach dem Bezugsspannungspegel, bei jeder Richtung der Änderung sich verändern darf, ehe der Spannungsvergleicher seinen logischen Zustand ändert Diese Hystereses bedeutet sowohl eine gewisse Ungenauigkeit, als auch eine Verzögerung der Signalabgabe.

Das in F i g. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt einen Stromkreis, der einen Spannungsvergleicher 20 mit zwei Eingängen 22 und 24 und mit einem Ausgang 26 enthält. Der Eingang 22 erhält ein Eingangssignal vom nicht invertierenden Verstärker 28 und der Eingang 24 erhält ein Eingangssignal vom invertierenden Verstärker 30, und ^war bei der gezeigten Stellung des Schalters 36. Sowonl der nicht invertierende Verstärker 28 als auch der invertierende Verstärker 30 erhält ein normales Eingangssignal über den Eingang 32 des Nulldurchgangs-Detektors. Ober den Zugang 34 und über die gezeigten Widerstände RIO, Rt, R2, R7 sowie R 9 erhalten die Verstärker und der Vergleicher die erforderliche Gleichspannung bzw. Vorspannung.

Die beiden Verstärker 28 und 30 haben vorzugsweise einen gleichen Verstärkungsfaktor. Dies bedeutet in der Praxis, daß die beiden Verstärker aus gleichen integrierten Stromkreisen hergestellt sind. Der Spannungsvergleicher besteht ebenfalls aus einem integrierten Stromkreis.

Die Ausgänge 8 und 7 der Verstärker 28 und 30 sind direkt mit den entsprechenden Eingängen 22 bzw. 24 des Vergleichers 20 verbunden. Diese Ausgänge 8 und 7 können aber auch über den Schalter 36, der auch als Umschalter ausgelegt sein kann, durch entsprechende Betätigung des Schalters vertauscht mit den Eingängen 24 und 22 des Spannungsvergleichers verbunden werden. Der Schalter 36 ist zweipolig dargestellt. Der Schalter 36 dient dazu, die Verbindungen zwischen den Verstärkern 28 und 30 mit den Eingängen 72 und 24 des Spannungsvergleichers 20 in der vorstehend beschriebenen Art einfach und schnell zu vertauschen, um so die Polarität des Spannungsvergleichers in bezug auf das Eingangssignal am Eingang 32 zu wechseln.

Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen die Funktion der Schaltung nach F i g. 2. Die F i g. 3A zeigt ein sinusförmiges Eingangssignal. Dieses Signal hat ein Vorspannungspegel mit dem Wert »0«-Volt. Mit der Anordnung nacli Fig.2 sollen die Nulldurchgänge des sinusförmigen Signals festgestellt werden.

Das Ausgangssignal des Spannungsvergleich«^ ist in den F i g. 3B und 3C dargestellt. Wenn der Wähler 36 in der in Fig. 2 dargestellte Lage ist, so hat das erzeugte Rechtecksignal eine Form gemäß Fig. 3B. Bei betätigtem Schalter 36 in die andere Schaltlage, ist der nicht invertierende Verstärker 28 mit dem Eingang 24 und der invertierende Verstärker 30 mit dem Eingang 22 verbunden, so daß das Ausgangssignal am Ausgang 26 des Spannungsvergleichers die Form gemäß Fig.3C aufweist.

Da das Eingangssignal genau sinusförmig ist. ist das Ausgangssignal rechteckförmig. Bei einem nichtsinus-

förmigen Eingangssignal werden ebenfalls Rechteckpulse am Ausgang erzeugt, aber selbstverständlich nicht in der in den F i g. 3B und 3C gezeigten Rechteckform.

Das Fjngangssignal kann selbstverständlich eine positive oder negative Vorspannung haben. Da die Verstärker 28 und 30 nur das aufmodulierte Signal verstärken, werden die Nulldurehgänge in bezug auf die Vorspannung festgestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nulldurchgangsdetektor für ein sinusförmiges Signal in Rufstromanschalteanordnungen in Fernsprechanlagen, bei dem der Nulldurchgang mitteis Spannungsvergleichsanschalteanordnungen ermittelt wird, wobei ein nicht invertierender Verstärker und ein invertierender Verstärker vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang (32) des Nulldurchgangsdetektors mit einem Eingang (3) des nicht invertierenden Verstärkers (28) und mit einem Eingang (4) des invertierenden Verstärkers (30) verbunden ist und ferner ein Spannungsvergleicher (20) mit zwei Eingängen (22, 24) und einem Ausgang (26) vorgesehen ist, dessen erster Eingang (22) mit einem Ausgang des ersten Verstärkers (25) und dessen anderer Eingang (24) mit dem Ausgang (7) des anderen Verstärkers (30) verbunden ist, so daß der eine Verstärker (z. B. 28) dem Spannungsvergleicher (20) ein Eingangssignal und der jeweils andere Verstärker (z. B. 30) dem Spannungsvergieicher (20) eine Bezugsspannung liefert und damit aufgrund der Bewertung des jeweiligen, invertierten und nicht invertierten Spannungswertes durch den Spannungsvergieicher (20) an seinem Ausgang (26) ein reines Rechtecksignal mit im Zeitpunkt des Nulldurchgangs des sinusförmigen Signals liegenden Rechteckschwellen abgegeben wird.

2. Nulldurchgangs-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtinvertierende Verstärker (28) und der invertierende Verstärker (28) jeweils ein und /Henselbfn Verstärkungsfaktor aufweisen.

3. Nulldurchgangs-Detsktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen (8, 7) des genannten nichtinvertierenden Verstärkers (28) bzw. des invertierenden Verstärkers (30) und den beiden entsprechenden Eingängen (22, 24) des Vergleichers (20) ein Schalter (36) angeordnet ist, mittels dem eine Vertauschung der Signalanschaltung von den Verstärkern (28, 30) zu den Eingängen (22,24) des Vergleichers (20) möglich ist.

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