DE1951863A1

DE1951863A1 - Digital betriebener Impulsverhaeltnis-Modulator

Info

Publication number: DE1951863A1
Application number: DE19691951863
Authority: DE
Inventors: Maxey Herman D
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-10-15
Filing date: 1969-10-15
Publication date: 1970-04-30
Also published as: FR2020707A1; GB1249542A; JPS4844819B1; US3548342A

Description

1951363

14. Oktober 1969 Docket RA 9-68-008 Dr.Schie/E

Anmelder: International Business Machines Corporation, Arnionk, N. T. 10504 (Y.St.A.)

Vertreter:Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schiering, 7030 BÖblingen, Westerwaldweg 4

Digital betriebener Impulsverhältnis-Modulator

Die Erfindung betrifft einen Signal-Amplitudenmodulator und insbesondere einen Amplitudenmodulator, bei dem die Signal-Amplitudendämpfung als Funktion eines digitalen Steuerungssignales steuerbar ist.

Für einen digital betriebenen Impulsverhältnis-Jillodulator besteht die Erfindung darin, daß eine das zu modulierende Signal aufnehmende Unterbrecherschaltung im eingeschalteten Zustand einen Signaldurchgang und im ausgeschalteten Zustand eine Signalblockierung bewirkt, daß dem Steuereingang der Unterbrecherschaltung über Torschaltungen unter der Steuerung eines digitalen Steuersignales eine Anzahl von asymmetrisch bewerteten Kontrollwellenformen festgelegter Periode aus einem Wellenformgenerator zugeführt wird und daß der Ausgang des Unterbrechers ein Tiefpaßfilter enthält, welches nur für.die Signalfrequenzen durchlässig ist, so daß die durch das digitale Steuersignal eingeprägte Bewertung und die über Torschaltungen geführten Kontrollwellenformen das Verhältnis der"Ein"- zur "Aus"-Zeit während jeder Periode der Kontrollwellenformen bestimmen.

009818/1485

Impulsverhältnis-Modulatoren wurden bisher für die Amplitudenmodulation verwendet. Die bekannten Impulsverhältnis-Modulatoren sind jedoch nur durch Analogsignale steuerbar. In jenen Fällen jedoch, wo die Steuersignale in digitaler Form geliefert wurden, hat man bei den bekannten Geräten die digitale Form in eine analoge Form durch besondere Konverter umgewandelt.

Diese Konverter für die Bildung analoger Kontrollsignale sind jedoch, zusätzlich zu den Kosten, abhängig von Drift und Alterung, was zur Erhöhung von Ungenauigkeiten beiträgt.

Bei anderen bekannten Verfahren hat man bewertete Widerstände im Signalpfad und digital gesteuerte Schaltnetzwerke zum Schalten in die Widerstandsdämpfung nach Bedarf verwendet· Auch diese Methode ist kostspielig und neigt zu Fehlern. Durch die aktiven Schalter werden Fehler eingeführt, welche Schwankungen ausgesetzt sind und nicht kompensiert werden können.

Die Erfindung sieht eine direkte digital gesteuerte Impulsverhältnis-Modulation vor, bei welcher ein Wellenform-Generator eine Anzahl von gleichzeitig asymmetrisch bewerteten Kontrollwellen liefert_s welche eine festgelegte Periode ha-" ben. Die erwähnten Kontrollstellen "besitzen einen ersten und einen zweiten Gewichts zustand ("bzw. Bewertungszustand). Die erwähnten zweiten Zustände treten nacheinander und im wesentlichen ohne Überdecken auf.

Die Anordnung nach der Erfindung enthält ferner eine Anzahl von Torschaltungen, von denen jede auf eine der erwähnten Wellenformen anspricht. Die Anordnung nach der Erfindung enthält außerdem eine Anzahl von Stufen für die Aufnahme eines digitalen Steuersignales, wobei jede Registerstufe eine der erwähnten Torschaltungen.als Funktion, des in der Registerposition gespeicherten Wertes steuert.

— 3 -

009818/1485

Die Anordnung nach der Erfindung enthält schließlich modulierende Organe, welche auf das zu modulierende Signal ansprechen und welche durch die bewerteten Steuerwellen steuerbar sind, wobei die bewerteten Steuerwellen über das durch Torschaltungen gesteuerte Register zugeführt werden und wobei ferner die durchschnittliche Signalamplitude, welche das modulierende Organ passiert, eine Funktion des digitalen Signales ist, welches im Register gespeichert ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Impulsverhältnis-Modulator zu schaffen, welcher unmittelbar digital steuerbar ist.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Impulsverhältnis-Modulator zu schaffen, welcher in der Konstruktion nicht kostspielig ist und welcher trotzdem mit sehr hoher Genauigkeit arbeitet.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen für eine beispielsweise Ausführungsform näher beschrieben.

Fig. 1 enthält eine Blockschaltung des neuen digital betriebenen Impulsverhältnis-Modulators nach der Erfindung.

Fig. 2 enthält eine graphische Darstellung der Wellenformen, welche in einer Schaltung nach Fig. 1 entstehen.

Fig. 3 ist eine Blockschaltung einer gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 abgewandelten Schaltung.

Fig. 4- zeigt eine detaillierte Blockschaltung der Vergleiche rlogik, die in Fig. 3 nur als Kästchen gezeigt ist,

In Fig. 1 ist mit 10 eine Signalquelle oder Referenzquelle

009818/148

1951363

■bezeichnet. Diese Signalquelle 10 ist mit den Eingängen lli einer Unterbrecherschaltung 11 verbunden. Die Unterbrecherschaltung 11 hat dazu noch einen Steuereingang lic und einen Ausgang llo.

Die Unterbrecherschaltung 11 läßt die Signale durch, welche dem Eingang lli aufgeprägt werden, und zwar dann, wenn der Steuereingang lic einen vorbestimmten Potentialpegel aufweist ► Zu allen anderen Zeiten wird das dem Eingang lli zugeführte Signal nicht zum Ausgang llo durchgelassen.

Die Schaltung nach Pig, I enthält ein Tiefpaßfilter 12, welches an den Ausgang der Unterbrecherschaltung 11 angeschlossen ist und welches nur die Signalfrequenzen aus der Signalquelle 10 durchläßt und alle anderen Frequenzen blockiert. Auf diese Weise wird ein glatt gefilterter Ausgangswert am Ausgang der Filterschaltung 12 erzeugt.

Das "Ein"-"Aus"—Verhältnis des Steuereinganges am Unterbrecher 11 wird in Abhängigkeit eines digital codierten Steuersignales variiert. Bei der Ausführungsform nach Fig.l hat dieses digitale Signal binäre Form und ist im Register 14 enthalten. Dieses Register 14- ist in Fig. 1 mit sechs Positionen dargestellt, die mit 1, 2, 4, 8, 16 und 32 bezeichnet sind. Jede dieser Positionen steuert eine Torschaltung Gl, bzw. G2 bzw. G4 bzw. G8 bzw. G16 bzw. GJ2. Wenn danach eine Registerposition im "Eins"-Zustand ist, dann ist die zugeordnete Torschaltung dazu imstande und wenn die Registerposition im "Null"-Zustand ist, dann ist die zugeordnete Torschaltung dazu nicht imstande. Die Ausgänge der Torschaltungen Gl bis G32 sind mit den Eingängen einer Oder-Schaltung 15 verbunden. Der Ausgang dieser Oder-Schaltung ist mit dem Steuereingang lic des Unterbrechers 11 verbunden.

Der Wellenformgenerator 16 enthält die Ausgänge Ll, L2,

009818/1485

1951883

IA, L8, L16 und L32. Diese Sind mit den Eingängen der Torschaltungen Gl bzw. G2 bzw. G4 bzw. G8 bzw. G16 bzw. G32 verbunden. Die Ausgänge Ll bis L32 sind in Fig. 2 graphisch dargestellt. Jede der Ausgangsleitungen Ll bis L32 liefert eine Wellenform der gleichen festen Periode und hat einen ersten und einen zweiten Spannungspegel.

Die zweiten Spannungspegel sind binär bewertet und treten nacheinander auf. Die Leitung 32 liefert daher eine positive Spannung, welche in jenem gegebenen Zustand für eine gegebene Zeit anhält. Die Leitung 16 liefert eine positive Spannung, welche unmittelbar danach entsteht. Die Leitung geht in einen stärker negativen Zustand über und hält diesen Zustand über die halbe Zeit der positiven Spannung auf der Leitung 32.

In ähnlicher Weise liefern die Leitungen 16, L8, IA,- L2 und Ll eine postive Spannung für eine Zeitperiode, welche halb so groß ist wie die der nächst höheren Stellenleitung. Jede fängt unmittelbar nach dem Zustandsende der vorhergehenden Leitung an und kehrt in einen negativeren Zustand zurück.

Die postiven Spannungen, welche jene Torschaltungen mit Hilfe des Registers 14 passieren, werden in der Oder-Schaltung 15 kombiniert und veranlassen die Unterbrecherschaltung 11 offen zu bleiben, um Signale aus der Signalquelle.10 passieren zu lassen. Wenn daher das Register 14 ganz im "Eins"-Zustand ist, sind die Torschaltungen Gl bis G32 im Anschluß an die Periode DT, welche eine Totperiode ist, in den ent sprechenden Zustand gesetzt. Der Unterbrecher wird offenbleiben für -den Rest der in Fig. 2 dargestellten Periode.

Wenn irgendeine Position des Registers 14 einen "UuIl"-Zustand annimmt, wird der Unterbrecher 11 während der Zeitperiode ausgeschaltet, in welcher die zugeordnete Leitung

0Q981I/U85

1951883,

mit der Torschaltung verbunden ist, so daß die Registerposition positiv ist und das. "Verhältnis der "Ein"- zur "Aus"=* Zeit der Unterbrecherschaltung in geder Periode der Steuerwellenform durch den Wert bestimmt ist, welcher in das Register 14 eingegeben wird.

Die Totperiode DT ist derart eingerichtet, daß der Inhalt des Registers 14 während dieser Periode geändert werden kann, ohne daß das Signal durch den unterbrecher 11 beeinflußt wird< Wenn zum Beispiel das Register 14 von einem Dezimalwert 31 auf einen Dezimalwert 32 geändert wird, wird sich die Einstellzeit bei den verschiedenen Stufen unterscheiden. In dem erklärten Zustand kommt die Stufe P32 in den"Ein"-Zustand und die Stufen Pl bis P16 in den "Aus"-Zustand. Wenn das Schalten zu verschiedenen Zeiten auftritt, wird der Unterbrecher normwidrig beeinflußt. Durch die Schaffung der Totzeit wird dieser normwidrige Effekt vermieden.

Der Wellenf ormgenerator kann mehrere Formen annehmen. Eine Form des Generators ist in Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Form ist eine Anzahl von monostabilen Multivibratoren Sl, S2, S4, S8, S16, S32 und SDT vorgesehen. Diese Schaltungen sind zu einer Serienschleife verbunden. Wenn die Schaltung zuerst im "Ein"-Zustand ist, dann wird ein Impuls über nicht besonders dargestellte Schaltungen auf die monostabile Multivibratorschaltung SDT gegeben.

Nach der durch die Schaltung spezifizierten Zeitverzögerung beeinflussen die Ausgangspegeländerungen den Zustand der monostabilen Schaltung S32. Dabei ändert sich der Zustand für die spezifizierte Zeitperiode.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist diesemit acht Mikrosekunden ausgewählt. Der monostabile Multivibrator S16 liefert Ausgangesignale mit vier Mikrosekunden

-. Ό mc

ÖÖ8S18/U8S

1951853

Dauer. Die Dauer des Ausgangsimpulses beträgt beim monostabilen Multivibrator S8 zwei MikrοSekunden. Der monostabile Multivibrator S4 hat eine Impulsdauer von einer Mikrosekunde, und der monostabile Multivibrator S2 besitzt eine Ausgangsimpulsdauer von einer halben Mikrosekunde. Der monostabile Multivibrator Sl besitzt eine viertel Mikrosekunde Impulsdauer. Der monostabile Multivibrator SDT ist für insgesamt 16 Mikrosekunden eingerichtet.

Eine andere Ausführungsform des Wellenformgenerators zeigt die I¹Xg. 3· Hier wird eine Zweimegahertz-Taktgeberschaltung in sechs aufeinanderfolgenden binären Stufen heruntergezählt, so daß die entstehenden Impulse das Verhältnis aufweisen, welches den Ausgangsleitungen 1, 2, 4, 8, 16, 32 und 64 zugeschrieben ist. Diese Impulse werden der Vergleicherlogikschal tung 18 aufgeprägt, welche die Ausgänge Ll, L2, L4, L8, L16 und L32 (vgl. Fig. 1 und Fig. 2) aufweist.

Die Einzelheiten der Vergleicherlogikschaltung 18 sind aus der Fig. 4 zu ersehen. Hier sind die Ausgänge 1, 2, 4, 8, 16, 32 und 64 der Anordnung nach Fig. 3 an eine Und-Schaltung 20 geführt. Der Ausgangswert der Leitung 1 aus dem Zweimegahertz-Taktgeber wird invertiert, so daß die Und-Schaltung 20 einen Einzelimpuls mit der halben Periode des Zweimegahertz-Taktgebers liefert. Die Leitungen 2, 4, 8, 16, 32 und 64 sind mit der Und-Schaltung 21 verbunden. Die Leitung 2 wird potentialmäßig invertiert, und die Und-Schaltung 21 liefert einen Einzelimpuls mit der halben Periode des Zweimegahertz-Takt_ gebers geteilt durch zwei.

In ähnlicher Weise sind die Leitungen 4, 8, 16, 32 und 64 mit einer Und-Schaltung 22 verbunden. Die Leitungen 8, 16, 32 und 64 sind an eine Und-Schaltung 23 angeschlossen. Die Leitungen 16, 32 und 64 führen zu einer Und-Schaltung 24, und die Leitungen 32 und 64 sind mit einer Und-Schaltung 25

009818/1486

verbunden. Die Und-Schaltungen 22, 23, 24 und 25 liefern die Ausgänge IA, bzw. L8, bzw. L16, bzw. L32 in ähnlicher Weise.

Wenn auch in den Figuren 1 bis M- eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, so ist der digital betriebene Impulsverhältnis-Modulator nach der Erfindung _auf diese spezielle Ausführungsform nicht beschränkt, vielmehr fallen Abwandlungen in den Schaltungselementen und in den Details in den Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens .

Patentansprüche

009818/U85

Claims

195186a

Pat entansprüehe

Digital betriebener Impulsverhältnis-Modulator, dadurch gekennzeichnet, daß eine das zu modulierende Signal aufnehmende UnterbrecherschaltungCll) im eingeschalteten Zustand einen Signaldurchgang und im ausgeschalteten Zustand einen Signalblockierung bewirkt, daß dem Steuereingang der Unterbrecherschaltung (11) über Torsehaltungen (T) unter der Steuerung eines digitalen Steuersignales eine Anzahl von asymmetrisch bewerteten Kontrollwellenformen festgelegter Periode aus einem Wellenformgenerator (16) zugeführt wird und daß der Ausgang der Unterbrecherschaltung (11) ein Tiefpaßfilter (12) enthält, welches nur für die Signalfrequenzen (10) durchlässig ist, so daß die durch das digitale Steuersignal eingeprägte Bewertung und die über Torschaltungen (T) geführten Kontrollwellenformen das Verhältnis der "Ein"- zur "Aus"-Zeit während jeder Periode der Kontrollwellenformen bestimmen.

2.) Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherschaltung (11) einen Steuerungseingang für die elektrische Verbindung des Signaleingangs mit dem Signalausgang enthält, die jedesmal dann zustande kommt, sobald ein dem Steuerungseingang aufgeprägtes Kontrollsignal einen vorgegebenen Zustand annimmt, wobei zu anderen Zeiten das Kontrollsignal eine elektrische Trennung des Eingangs zum Ausgang bewirkt*

5.) Modulator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß,digitale Steuersignale in binärcodierter Form verwendet sind und daß die Kontrollwellenformen binär bewertet sind.

- 10 -

009818/U85

1951853

- ίο -

M-.) Modulator nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Torschaltungen (T), sowie ein Kontroll-Wellenformgenerator (16) für die gleichzeitige Lieferung einer Anzahl aufeinanderfolgender, asymmetrisch bewerteter Kontrollwellenformen gleicher Periode, sowie Verbindungsorgane für die Übertragung jeder Kontrollwelle auf den Eingang einer der Torschaltungen (T), sowie Verbindungsorgane für die Verbindung der Torschaltung (T) mit dem Unterbrechereingang und eine mit den Torschaltungen verbundene Digital-Kontrollsignalquelle vorgesehen sind, so daß die durch Torschaltungen (T) gesteuerten Kontrollwellenformen das "Ein"-"Aus "-Verhältnis der Unterbrecherschaltung (11) bestimmen.

5.) Modulator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenformgenerator (16) eine Anzahl von moncatabilen Multivibratorschaltungen enthält, deren' gebildete Perioden binär bewertet sind und daß diese monostabilen Multivibrator schaltung en in Reihenanordnung zu einer Schleife verbunden sind.

6.) Modulator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine der monostabilen Multivibratorschaltungen nicht mir einer Torschaltung verbunden ist, so daß eine Totzeit gebildet wird, in welcher das digitale Kontrollsignal im Bedarfsfalle abgewandelt werden kann«

7.) Modulator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenformgenerator¹ einen Oszillator und eine Anzahl von in Reihe geschalteten binären Teilerschaltungen sowie logische Kreise enthält.

009818/1485

Leerseite