DE2049641A1

DE2049641A1 - Einrichtung zur Umwandlung analo ger in deltacodierte Signale

Info

Publication number: DE2049641A1
Application number: DE19702049641
Authority: DE
Inventors: Hans Rudolf Au Schindler (Schweiz)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-10-16
Filing date: 1970-10-09
Publication date: 1971-04-29
Also published as: FR2098466A5; CH519827A; US3699566A; GB1290245A; JPS4921453B1

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 5. Oktober 1970 bm-rz

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FR 969 028

Einrichtung zur Umwandlung analoger in deltacodierte,Signale

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung analoger Eingangssignale in digitale deltacodierte Ausgangssignale, bei der die Ausgangssignale wieder in analoge Signale zurückgewandelt werden, die eine entsprechende Änderung eines analogen Bezugswertes, mit dem die analogen Eingangssignale verglichen werden, bewirken, mit einem Detektor, der in Abhängigkeit der Ausgangssignalfolge verschiedene Signale erzeugt, und einem vom Detektor gesteuerten Funktionsgenerator, dessen Ausgangssignale die Größe der Bezugswertänderungen bestimmen.

Bei der Codierung von analogen Signalen hat sich die Deltacodierung als vorteilhaft erwiesen, da der Geräteaufwand bei der übertragung derart codierter Signale sowohl auf der Sende- als auch auf der Empfangsseite relativ gering ist. Hierzu wird das analoge Signal auf der Sendeseite in bestimmten Zeitabständen abgetastet, wobei lediglich die Veränderung des Signals zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten erfaßt und als jeweils einer von möglichen Zuständen, d.h. als Binärsignal, übertragen wird. Das Analogsignal wird daher mit einem sich aus der jeweiligen vorhergehenden Abtastung ergebenden Bezugswert verglichen. Liegt das Analogsignal im AbtastZeitpunkt über diesem Wert, dann wird der eine Binärzustand, z.B. eine "1", liegt es unter diesem Wert, dann wird der andere Binärzustand, d.h. eine "O" ausgesendet. Bei der Deltacodierung tritt jedoch der Nachteil auf, daß schnelle Änderungen der Amplitude des analogen

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Signals nicht vollständig erfaßt werden können. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bereits bekannt, die Änderung des Bezugswertes veränderbar zu gestalten. Auf diese Weise erhält man eine bessere Codierung von steilflankigen Signalen. Diese Steuerung der Bezugswertänderung nach bestimmten Vorschriften muß bei der Decodierung im Empfänger entsprechend durchgeführt werden, damit das ursprüngliche Analogsignal wieder erhalten wird.

Bei einem bekannten Verfahren wurde eine logarithmische Veränderung der Bezugswertänderung gewählt. Hierbei erhält man ein relativ konstantes Verhältnis der Nutzsignale zu den Störsignalen über einen größeren Bereich der Nutzsignalamplituden. Der Aufwand für die Durchführung der logarithmischen Änderung ist jedoch sehr hoch; außerdem ist diese Änderung relativ grobstufig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Deltacodierer zu schaffen, bei dem die Änderung der Bezugswertänderungen relativ feinstufig erfolgt und die mit einfachen Mitteln durchführbar ist. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Deltacodierer erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Funktionsgenerator in der Weise ausgebildet ist, daß sich seine Ausgangssignale exponentiell ändern. Vorzugsweise ist der Funktionsgenerator derart ausgebildet, daß seine Ausgangssignale nach einem ersten Potentialgesetz ansteigen und nach einem zweiten Potentialgesetz abfallen.

Hierbei werden die ausgesendete Folge von Binärsignalen analysiert und das dabei gewonnene Ergebnis für die Steuerung der Bezugswertänderungen benutzt. Somit bestimmt nur die übertragene digitale Information die einzelnen Bezugswertänderungen, so daß der Empfänger ohne Schwierigkeiten angepaßt werden kann. Der Steuerwert für die Änderung des Bezugswertes wird vorzugsweise von einem Stufengenerator erzeugt, wobei mit ihm anschließend vorteilhaft eine Impulsbreitenmodulation durchgeführt wird. Mit den brei teajnodulier ten Impulsen schließlich wird die Steuerung der Bezugswertänderungen vorgenommen.

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Die Erfindung wird in folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten AusfUhrungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Deltacodierers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Diagramme von Signalen, die an bestimmten Stellen des Codierers nach Fig. 1 auftreten,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines dem Codierer nach Fig. 1 zugeordneten Decodierer^ und

Fig. 4 spezielle in den Fign. 1 und 3 verwendete Schaltungsanordnungen.

Der Deltacodierer in Fig. 1 enthält eine Vergleichsschaltung 13, in dem die über eine Leitung 10 zugeführten Analogsignale mit den über eine Leitung 31 eintreffenden Bezugswerten verglichen werden. Am Ausgang der Vergleichsschaltung 13 tritt ein Signal auf, das von der Differenz der beiden Eingangssignale abhängt, über eine Leitung 15 ist der Ausgang der Vergleichsschaltung mit einem Eingang eines UND-Gatters 16 verbunden, auf dessen anderen Eingang über eine Leitung 14 Taktimpulse gegeben werden. Das UND-Gatter 16 besitzt zwei Ausgangsleitungen 17 und 18, die mit den Eingängen einer bistabilen Schaltung 19 verbunden sind. Auf der Leitung 17 tritt der wahre Ausgangswert des UND-Gatters 16 auf, während auf die Leitung 18 der zugeordnete komplementäre Wert gegeben wird. Die Stellung der bistabilen Schaltung 19 ist abhängig vom Vorzeichen der in der Vergleichsschaltung 13 gebildeten Differenz. An die bistabile Schaltung 19 sind zwei Ausgangsleitungen 20 und 21 angeschlossen, auf denen die beiden Binärzustände auftreten. Die Leitung 20 dient dabei als Ausgang des gezeigten Deltacodierers.

Der Codierer enthält eine Rückführungsschleife 2, in der das digitale Ausgangssignal wieder in ein analoges Signal umgeformt wird, das mit dem zu codierenden Eingangssignal verglichen wird.

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In dieser Rückführungsschleife 2 sind ein UND-Gatter 22 sowie ein invertierendes UND-Gatter 24 mit jeweils zwei Eingängen angeordnet. Der eine Eingang des Gatters 22 ist mit der Ausgangsleitung 21 verbunden. Die Ausgangsleitung 23 dieses Gatters ist zu einer Strombegrenzungsschaltung 28 geführt. Der eine Eingang des Gatters 24 ist an die Ausgangsleitung 20 angeschlossen; diesem Gatter ist über eine Leitung 25 eine Anpassungsstufe 26 nachgeschaltet, die über eine Leitung 27 ebenfalls mit der Stront -grenzungsschaltung 28 verbunden ist. Die Anpassungsstufe 26 dient zur Anpassung des Ausgangssignales des invertierenden UND-Gatters 24 an die Erfordernisse der Stroinbegrenzungsschaltung 28.

Die Stroinbegrenzungsschaltung 28 ist ein nicht geerdeter Schaltkreis, der in bekannter Weise ausgeführt ist. Die gezeigte Schaltung aus Dioden und einem Strombegrenzungselement stellt nur eine von vielen Ausführungsmöglichkeiten dar. über eine Leitung 29 ist eine bekannte Integrierschaltung 30 an die Strombegrenzungsschaltung 28 angeschlossen. Die Ausgangssignale der Integrierschaltung 30 werden über eine Leitung 31 der Vergleichsschaltung 13 zugeführt. Diese Signale stellen den veränderbaren analogen Bezugswert dar, mit dem die zu codierenden Signale verglichen werden.

Der Deltacodierer nach Fig. 1 umfaßt weiterhin eine Steuerschleife 3. Diese enthält einen Impulsfolgedetektor 32, der mit der bistabilen Schaltung 19 verbunden ist. Dieser kann beispielsweise als Schieberegister ausgebildet sein. Er arbeitet in der Weise, daß auf seiner Ausgangsleitung 33 ein Signal entsteht, wenn an seinen Eingängen eine bestimmte Anzahl aufeinanderfolgender gleichartiger Binärsignale, d.h. entweder "1" oder "O", auftritt. Im vorliegenden Beispiel soll dies der Fall sein, wenn die Anzahl der aufeinanderfolgenden gleichartigen Signale vier beträgt. An die Leitung 33 ist ein Stufengenerator 34 angeschlossen, durch den die exponentielle Änderung der Bezugswertänderung bewirkt wird. Ein Ausführungsbeispiel des Stufengenerators 34 wird anhand der Fig. 4 noch eingehend beschrieben, über eine Leitung 35 werden dem Stufengenerator Taktimpulse zugeführt. Er erzeugt auf Docket fr 969 028 1 0 9 8 1 8 / 1 8 G 3

der Leitung 36 Ausgangssignale, die sich exponentiell ändern. Die Ausgangssignale steigen dabei gemäß einem ersten Exponentialgesetz an, während ihr Absinken gemäß einem zweiten Exponentialgesetz erfolgt. Die Änderungen der Ausgangssignale können kontinuierlich oder stufenweise erfolgen. Für das hier beschriebene Beispiel wurde ein stufenweises Ansteigen und ein kontinuierliches Absinken der Ausgangssignale des Stufengenerators 34 gewählt.

Dem Stufengenerator 34 ist ein Impulsbreitenmodulator 37 nachgeschaltet, der die Amplituden der Ausgangssignale des Stufengenerators in entsprechende Impulsbreiten umwandelt, über eine Leitung 38 ist der Ausgang des Impulsbreitenmodulators 37 mit dem jeweils zweiten Eingang der Gatter 22 und 24 verbunden.

Die Funktion des gezeigten Deltacodierers wird im folgenden anhand der Diagramme in Fig. 2 näher erläutert. Der Vergleichsschaltung 13 werden über die Leitungen 10 und 31 zwei Analogsignale zugeführt. Am Ausgang der Vergleichsschaltung tritt ein Signal auf, das der Differenz der beiden zugeführten Analogsignale entspricht. Wenn das UND-Gatter 16 einen Taktimpuls erhält, leitet es dieses Signal zu der bistabilen Schaltung 19 weiter. Diese ändert ihren Schaltzustand oder behält diesen bei. Das auf der Leitung 20 auftretende Ausgangssignal des Codierers ist im obersten Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Dieses weist nur zwei verschiedene Zustände, einen höheren und einen niedrigeren, auf. Die bei diesem Signal eingezeichneten Bezugsziffern stellen die jeweilige Anzahl der Taktimpulse während jedes gleichbleibenden Zustandes der bistabilen Schaltung 19 und damit des auf der Leitung 20 auftretenden Signals dar.

Die Leitungen 20 und 21 sind mit dem Impulsfolgedetektor 32 verbunden, der sein Ausgangssignal ändert, wenn die bistabile Schaltung 19 innerhalb von vier aufeinanderfolgenden Taktimpulszeiten ihren Zustand nicht geändert hat. Wenn anschließend ein Zustandswechsel stattfindet, geht der Detektor 32 wieder in den

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Ausgangszustand zurück. Die Ausgangssignale des Detektors 32 auf der Leitung 33 werden im zweiten Diagramm der Fig. 2 gezeigt. Zuerst befindet sich der Detektor im Ausgangszustand, d.h. das Signal auf der Leitung 33 besitzt einen niedrigen Pegel. Nachdem auf der Leitung 20 während vier aufeinanderfolgender Taktimpulszeiten der höhere Signalzustand unverändert geblieben ist, ändert der Detektor 32 seinen Zustand, so daß das Signal auf der Leitung 33 einen höheren Pegel erhält. Nach drei weiteren Taktimpulszeiten wird die bistabile Schaltung 19 umgeschaltet, wodurch auch der Detektor 32 wieder in den Ausgangszustand zurückkehrt. Die folgenden zwei Schaltzustände der bistabilen Schaltung 19 bewirken kein Ansprechen des Detektors 32, da sie sich nur über jeweils zwei Taktimpulszeiten erstrecken. Ein weiterer, während fünf Taktimpulszeiten unverändert bleibender Schaltzustand mit niedrigem Ausgangspotential auf der Leitung 20 schließt sich an. Auch hier spricht der Detektor 32 nach der vierten Taktimpulszeit an, so daß während der folgenden, fünften Taktimpulszeit sich sein Ausgangssignal auf dem höheren Pegel befindet. Die folgenden Schaltzustände der bistabilen Schaltung 19 ändern sich jeweils wieder, bevor ein Ansprechen des Detektors 32 erfolgt.

Die Arbeitsweise des Stufengenerators 34 wird im folgenden erklärt. Das durch die Bezeichnung "Leitung 36" gekennzeichnete Diagramm enthält das Ausgangssignal des Stufengenerators. Die linke Seite des Diagramms zeigt einen konstanten Wert für das Ausgangssignal; dieser stellt sich ein, wenn das Ausgangssignal des Detektors 32 auf dem niedrigen Pegel bleibt, d.h. der Detektor nicht anspricht. Der Stufengenerator 34 erzeugt dann ein Ausgangssignal mit konstanter Amplitude. Wenn sich der Zustand am Eingang des Detektors 32 während vier aufeinanderfolgender Taktimpulszeiten nicht geändert hat, werden dessen Ausgangssignal auf den höheren Pegel gebracht und der Stufengenerator 34 dadurch in der Weise erregt, daß bei jedem Taktimpuls auf der Leitung 35 die Amplitude des Ausgangssignals auf der Leitung 36 exponentiell ansteigt. Der exponentielle Anstieg erfolgt stufenweise und zwar derart, daß

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jeweils ein fester Prozentsatz der jeweiligen Amplitude des Ausgangssignals zu dieser hinzugefügt wird. Die Ausgangsspannung des Stufengenerators kann z.B. der in der beschriebenen Weise zunehmenden Spannung eines Kondensators entsprechen. Wenn dann der Detektor 32 in den Ausgangszustand zurückgeht, d.h. das Signal auf der Leitung 33 wieder auf den niedrigen Pegel gebracht wird, dann wird die stufenweise Zunahme der Spannung am Kondensator beendet und nimmt im Gegenteil durch die Entladung des Kondensators kontinuierlich nach einem zweiten Potentialgesetz wieder ab. Die Amplitude des Ausgangssignals des Stufengenerators 34 nimmt also stufenweise gemäß einem ersten Potentialgesetz zu und sinkt kontinuierlich nach einem zweiten Potentialgesetz wieder ab. Diese Abnahme erfolgt jeweils dann, wenn das Ausgangssignal des Detektors 32 den niedrigen Pegel besitzt und wenn die abnehmende Amplitude ihren links in Fig. 2 gezeigten kleinsten Wert noch nicht erreicht hat.

Das Signal mit der sich ändernden Amplitude auf der Leitung 36 wird dem Impulsbreitenmodulator 37 zugeführt. Das unterste Diagramm in Fig. 2 zt-j. die Ausgangsimpulse des Modulators 37, Die Breite dieser Impulse mit konstanter Amplitude ist direkt proportional der jeweiligen Amplitude des gleichzeitig auftretenden Signals auf der Leitung 36. Aus Fig. 2 ist dieser Zusammenhang ersichtlich.

Die Impulse mit sich ändernder Breite werden den Gattern 22 und 24 zugeführt. Entsprechend dem Schaltzustand der bistabilen Schaltung 19 positive oder negative Stromimpulse werden dann über die Strombegrenzungsschaltung 28 auf die Integrierschaltung 30 gegeben. Die Dauer dieser Stromimpulse entspricht der Breite der im Modulator 37 erzeugten Impulse. Sie ändert sich daher ebenfalls jeweils nach einem der beiden durch den Stufengenerator 34 vorgegebenen Exponentialgesetze. Die Änderung der Bezugswertänderung erfolgt daher ebenfalls exponentiell.

Um aus den übertragenen digitalen Signalen wieder das ursprüngliche Analogsignal zu gewinnen, ist auf der Empfängerseite ein Docket FR 969 028 109818/1863

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Decodierer erforderlich. Es kann hierbei ein Decodierer gewählt werden, der nur mit einem einzigen konstanten Wert für die Bezugswertänderung arbeitet. In diesem Fall wird die durch den beschrieben Deltacodierer bewirkte Anpassung bei schnellen Änderungen des Analogsignals auf der Empfängerseite nicht kompensiert, so daß das zurückgewonnene Analogsignal dem ursprünglichen nicht mehr gleich ist. Es wird daher vorteilhaft sein, einen Decodierer zu verwenden, der ebenso wie der Codierer mit nach den gleichen Gesetzen veränderbaren Bezugswertänderungen arbeitet. Ein abartiger Decodierer ist in Fig. 3 gezeigt. Eine Eingangsleitung 60, auf der die vom Codierer ausgesendeten digitalen Signale eintreffen, ist mit einem NICHT-Gatter 61 verbunden. An dessen Ausgang ist über eine Leitung 62 ein weiteres NICHT-Gatter 63 angeschlossen. Dem NICHT-Gatter 61 ist weiterhin ein UND-Gatter 65 und dem NICHT-Gatter 63 über eine Leitung 64 ein invertierendes UND-Gatter 66 nachgeschaltet. Beide Gatter 65 und 66 besitzen jeweils einen zweiten Eingang, der mit einer Leitung 38* verbunden ist. An das UND-Gatter 65 ist über eine Leitung 67 ein Generator 50 angeschlossen. Dem invertierenden UND-Gatter 66 ist über eine Leitung 25' eine Anpassungsstufe 26' nachgeschaltet; diese ist durch eine Leitung 27* mit dem Generator 50 verbunden. Der Generator 50 arbeitet in der Weise, daß er z.B. einen positiven Strom liefert, wenn er durch ein Signal auf der Leitung 67 und einen negativen Strom, wenn er durch ein Signal auf der Leitung 27' angesteuert wird. Der vom Generator 50 abgegebene Strom gelangt über eine Leitung 51 auf eine Integrierschaltung 30* an die über eine Leitung 52 ein Tiefpaß 53 angeschlossen ist. Diesem ist über eine Leitung 54 ein Verstärker 55 nachgeschaltet, auf dessen Ausgangsleitung 56 das zurückgewonnene Analogsignal auftritt.

Der gezeigte Decodierer besitzt eine Rückführungsschleife. Diese enthält einen Impulsfolgedetektor 32', der Signale über die Leitungen 62 und 64 empfängt. Das Ausgangssignal des Detektors 32' wird durch eine Leitung 33' auf einen Stufengenerator 34* übertragen. Diesem werden außerdem Taktimpulse über eine Leitung 35' zugeleitet. An den Stufengenerator 34' ist über eine Leitung 36' ein Impulsbreitenmodulator 37* angeschlossen. Dessen Ausgang ist Docket FR 969 028

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über die Leitung 38' mit den Eingängen der Gatter 65 und 66 verbunden. Der Detektor 32', der Stufengenerator 34· und der Modulator 37' sind In gleicher Weise aufgebaut wie die entsprechenden Geräte in Fig. 1.

Die Arbeitsweise des Decodierers ist ähnlich der des Codierers. Das empfangene digitale Signal tritt nach Passieren der NICHT-Gatter 61 und 63 mit verschiedenen Vorzeichen auf den Leitungen 62 und 64 auf, z.B. erscheinen auf der Leitung 62 positive und auf der Leitung 64 negative Impulse. Der Detektor 32' spricht ebenfalls an, wenn das empfangene Signal während vier aufeinanderfolgender Taktimpulszeiten unverändert geblieben ist. In Abhängigkeit vom Zustand des Detektors 32' erzeugt der Stufengenerator 34* ein Ausgangssignal, das stufenweise nach einem ersten Potentialgesetz ansteigt oder das kontinuierlich nach einem zweiten Potentialgesetz abfällt. Der Modulator 37' schlieBlich erzeugt Impulse, deren Breite proportional zur Amplitude des eingegebenen Signals ist. Die breitenmodulierten Impulse gelangen über die Leitung 38' zu den Gattern 65 und 66 und steuern so den Generator 50.

Der Stufengenerator 34 bzw. 34* wird nun anhand der Fig. 4 näher beschrieben. Der Kollektor eines NPN-Transistors T2 liegt auf Erdpotential. Sein Emitter ist über einen Widerstand R7 mit einem negativen Potential von beispielsweise -6 V verbunden. Die Basis des Transistors T2 erhält über einen Eingang INI die Ausgangsimpulse des vorgeschalteten Impulsfolgedetektors 32 bzw. 32'. Ein weiterer NPN-Transistor T3 ist derart angeordnet, daß sein Emitter mit dem Emitter des Transistors T2 und sein Kollektor über einen Widerstand R8 mit einem positiven Potential von beispielsweise +6 V verbunden ist. Der Kollektor ist über eine Diode Dl weiterhin an Erdpotential angeschlossen und ». ar so, daß das Potential des Kollektors gegenüber ErdpotescU'.l immer leicht positiv ist. Die Basis des Transistors T" Ii«et *->f einem festen Potential, vor beispieleweis·* -.* "■■'.

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d.h. die Emitter beider Transistoren sind miteinander verbunden und die Kollektoren liegen auf Erdpotential. Die Basis des Transistors Tl empfängt über einen Eingang IN2 negative Taktimpulse. Die Dauer dieser Taktimpulse beträgt etwa 4 ms, was einer 56-Kilobaud-übertragung angemessen ist.

Zwischen Erdpotential und -3 V sind zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rl und R2 angeordnet. Ein Kondensator C2 ist parallel zum Widerstand Rl geschaltet. Ein NPN-Transistor T5 liegt mit der Basis auf -3 V; sein Kollektor ist mit dem nicht geerdeten Anschluß des Transistors C2 und sein Emitter über einen Kondensator Cl mit dem Kollektor des Transistors T3 verbunden. Um den Emitter des Transistors T5 gegenüber dessen Basis leicht positiv zu halten, ist parallel zur Emitter-Basis-Strecke eine Diode D2 vorgesehen, die in Reihe mit einem Widerstand R3 geschaltet ist. Diese Reihenschaltung befindet sich zwischen einem positiven Potential und -3 V. Ein weiterer NPN-Transistor T4 liegt mit der Basis an der Verbindung zwischen den Widerständen Rl und R2; sein Kollektor besitzt ein Potential von +6 V und sein Emitter ist an den Kollektor des Transistors T3 angeschlossen.

Wenn der Stufengenerator ein Signal mit dem höheren Pegel vom Impulsfolgedetektor erhält, dann wird die Spannung zwischen den Klemmen des Kondensators C2 um einen bestimmten Faktor, beispielsweise ein Dezibel erhöht. Diese Erhöhung findet bei jedem Taktimpuls an der Basis des Transistors Tl statt, und zwar solange, wie am Ausgang des Detektors 32 bzw. 32* der höhere Signalpegel auftritt. Die Spannung am Kondensator C2 stellt gleichzeitig die Ausgangsspannung des Stufengenerators 34 bzw. 34* dar. Wenn das Signal am Ausgang des Detektors 32 bzw. 32' auf den niedrigen Pegel zurückgebracht wird, dann nimmt die Spannung am Kondensator C2 exponentiell mit einer bestimmten Zeitkonstante, z.B. 10 ms, ab. Dabei findet eine entsprechende Änderung der Bezugswertänderungen beim Codierer und beim Decodierer statt.

Es wird angenommen, daß sich während mindestens 10 ms der Schaltzustand der bistabilen Schaltung 19 in Fig. 1 nach jeweils weniger

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als vier Taktimpulszeiten ändert, so daß der Impulsfolgedetektor nicht anspricht und sein Ausgangssignal auf dem Pegel von z.B. -2 V bleibt. Dieses Potential gelangt an die Basis des Transistors T2, der dadurch leitend ist, während die Transistoren T3, T4 und T5 gesperrt sind. Die Spannung am Kondensator C2 wird dabei durch die Widerstände Rl und R2 bestimmt und sinkt auf ihren niedrigsten Wert ab. Die Bezugswertänderungen beim Codierer und Decodierer haben daher ebenfalls den niedrigsten Wert.

Wenn im folgenden der Zustand der bistabilen Schaltung 19 für mindestens vier Taktimpulszeiten nicht geändert wird, dann wird das Ausgangssignal des Impulsefolgedetektors auf den im vorher- ™ gehenden als höherer Pegel bezeichneten Wert von -4 V gebracht. Der Transistor T2 wird dadurch gesperrt. Wenn ein negativer Taktimpuls auftritt, wird der Transistor Tl ebenfalls gesperrt, so daß die Transistoren T3 und T5 leitend werden. Weiterhin sind die Dioden Dl und D2 rückwärts vorgespannt. Der genannte Schaltvorgang verursacht eine Spannungsänderung am Kondensator C2, durch die Einwirkung des Kondensators Cl. über den Kondensator Cl wird eine Ladung Q ^uf den Kondensator C2 gebracht. 2ine öperav:rigsänderung am Kollektor des Transistors T3 wird durch den Transistor T4 begrenzt. Es gilt die folgende Beziehung;

Q = C2 · (Vh - Vh) « Vh · Cl,

wobei Vh den Wert der Spannung am Kondensator C2 vor und Vh ä den nach dem Schaltvorgang bedeuten. Dies heißt, daß bei jedem Schaltvorgang die Spannung am Kondensator C2 um den konstanten Faktor k = erhöht wird. Eine Veränderung der Kapazitäten der beiden Kondensatoren beispielsweise durch Altern wirkt sich auf den Faktor k nicht oder nur unwesentlich aus.

Bei einer nachfolgenden Umschaltung des Ausgangssignals des Impulsfolgedetektors auf -2 V beginnt sich der Kondensator C2 über die Widerstände Rl und R2 mit einer Zeltkonstante von beispielsweise 10 ms zu entladen. Mit der Spannung am Kondensator C2 nimmt auch die Bezugswertänderung des Codierers ab.

Im folgenden wird der Impulsbreitenmodulator 37 bzw» 37' be-Docket FR 969 028 109818/186?

schrieben. Dieser ist auf der rechten Seite von Fig. 4 gezeigt. Er enthält einen NPN-Transistor T6, dessen Basis auf -3 V liegt. Der Emitter ist über einen Widerstand R9 an -6 V angeschlossen und der Kollektor empfängt über einen Eingang IN3, eine Diode D5 und einen Widerstand R4 positive Taktsignale. Der Kollektor des Transistors T6 ist weiterhin über eine Diode D4 mit Erdpotential verbunden, wodurch Spannungsänderungen am Kollektor begrenzt werden. Die Basis eines NPN-Transistors T7 liegt ebenfalls an -3 V und sein Kollektor über einen Widerstand RIO an Erdpotential. Die Spannungen, die an den Klemmen des Widerstandes RIO auftreten, entsprechen den breitenmodulierten Impulsen am Ausgang des Modulators 37 bzw. 37'.

Der Emitter des Transistors T7 ist über einen Kondensator C3 mit dem Kollektor des Transistors T6 verbunden. Um den Emitter des Transistors T7 positiv gegenüber der Basis desselben zu halten, ist parallel zur Emitter-Basis-Strecke dieses Transistors eine Diode D3 geschaltet, die in Reihe mit einem Widerstand RIl angeordnet ist. Diese Reihenschaltung befindet sich zwischen einem positiven Potential und -3 V. Ein dritter NPN-Transistor T8 ist vorgesehen, dessen Basis an die Verbindung zwischen den beiden Widerständen Rl und R2 angeschlossen ist. Sein Kollektor liegt auf +6 V; sein Emitter ist mit dem Kollektor des Transistors T6 verbunden.

Die Arbeitsweise des Impulsbreitenmodulators ist folgende: Der über den Widerstand R9 fließende Strom I lädt den Kondensator C3 auf. Wenn kein Taktimpuls am Eingang IN3 eintrifft, dann entspricht die Spannung am Kollektor des Transistors T6 dem Wert Vc * -Vh -6 , wobei 6 den Spannungsabfall der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T8 darstellt. Da der Transistor T7 durch die Aufladung gesperrt wird und die Diode D3 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, erhält man eine Spannung Vd = +{ an der Diode. Wenn ein positiver Taktimpuls auf den Eingang IN3 gegeben wird, erhöht sich die Spannung am Kollektor des Transistors T6 um +δ, so daß dieser Transistor gesperrt und der Konden-

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sator C3 über die Diode D3 und den Widerstand R4 geladen wird. Wenn der Taktimpuls wieder verschwindet, wird der Transistor T7 leitend und ein Strom I fließt über den Kondensator C3_r da die Diode D5 und der Transistor T8 gesperrt sind. Die Spannung Vc am Kondensator C3 nimmt linear ab bis zum Wert -Vh; ist dieser Wert erreicht, dann wird der Transistor T8 wieder leitend und der Transistor T7 gesperrt. Die gesamte über den Transistor C3 übertragene Ladung beträgt: Q' = C3 * Vh. Da der Strom I konstant ist, ist die Breite ΔΤ des Ausgangsimpulses, der auftritt, wenn der Transistor T7 leitend ist, proportional zur Spannung Vh,

C3· Vh C3

gemäß folgender Beziehung: ΔΤ « —^zR = __ . vh. Die gezeigte

Schaltung erfüllt also die an den Impulsbreitenmodulator gestell- ™ ten Anforderungen.

Es sind verschiedene Ausführungen für den Deltacodierer nach der Erfindung möglich. Der Anstieg der Signalamplitude auf der Leitung 36 braucht z.B. nicht stufenförmig, sondern kann kontinuierlich entsprechend einem gewählten Exponentialgesetz erfolgen.

Anstelle des Stufengenerators kann beispielsweise auch ein Sägezahngenerator eingesetzt werden. Dieser erzeugt linear ansteigende Signale mit von dem Ausgangssignal des vorgeschalteten Impulsfolgedetektors abhängigen Steilheiten. Auf der Leitung ä 36 erscheinen dann sägezahnförmige Signale mit verschiedenen Höhen. Um die exponentiell Änderung der Impulsbreiten auf der Leitung 38 zu erhalten, kann jedoch der Impulsbreitenmodulator nicht mehr linear, sondern er muß exponentiell arbeiten.

In der beschriebenen Ausführung sind die Signale auf der Leitung 38 breitenmoduliert, d.h. zeitabhängig moduliert, so daß die der Integrierschaltung 30 zugeführten Stromimpulse verschieden lang sind. Eine andere Aueführung kann darin bestehen, daß der der Integrierechaltung zugeführte Strom in seiner Amplitude nach einem Exponentialgesetz verändert wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung zur Umwandlung analerer Eingangssignale in digitale deltacodierte Ausgangssignale, bei der die Ausgangssignale wieder in analoge Signale zurückgewandelt werden, die eine entsprechende Änderung eines analogen Bezugswertes, mit dem die analogen Eingangssignale verglichen werden, bewirken, mit einem Detektor, der in Abhängigkeit der Ausgangssignalfolge verschiedene Signale erzeugt, und einem vom Detektor gesteuerten Funktionsgenerator, dessen Ausgangssignale die Größe der Bezugswertänderungen bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (34) in der Weise ausgebildet ist, daß sich seine Ausgangssignale exponentiell ändern.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (34) in der Weise ausgebildet ist, daß seine Ausgangssignale nach einem ersten Potentialgesetz ansteigen und nach einem zweiten Potentialgesetz abfallen.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (34) in der Weise ausgebildet ist, daß für seine Ausgangssignale ein unterer Grenzwert besteht.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (34) in der Weise ausgebildet ist, daß seine Ausgangssignale einen stufenweisen Anstieg und einen kontinuierlichen Abfall aufweisen.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (34) in der Weise ausgebildet ist, daß sich seine Ausgangssignale in ihrer Amplitude verändern und daß dem Funktionsgenerator (34) ein Breitenmodulator (37) nachgeschaltet ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Breitenmodulator (37) UND-Gatter (22, 24) angeschlossen sind, denen weiterhin die Ausgangssignalfolge zugeführt wird und daß die UND-Gatter (22, 24) über eine Konstantstromschaltung (28) mit dem Eingang einer Zntegrierschaltung (30) zur Erzeugung des analogen Bezugswertes verbunden sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzechnet, daß der Funktionsgenerator (34) einen Kondensator (C2) enthält, dessen Spannung das Ausgangssignal des Funktionsgenerators (34) darstellt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C2) über einen weiteren Kondensator (Cl), dessen Spannung proportional zur jeweiligen Spannung des ersten Kondensators (C2) ist, stufenweise aufladbar und über einen Widerstand (Rl) kontinuierlich entladbar ist.

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