DE1225235B - Schaltungsanordnung zur pulsfoermigen Abtastung von Wechselstromsignalen, insbesondere fuer Kanalverteiler fuer die PCM - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche KL: 21 al-36/12

Nummer: 1225 235

Aktenzeichen: St 22898 VIII a/21 al

Anmeldetag: 4. November 1964

Auslegetag: 22. September 1966

• Bei der Impuls-Nachrichtenübertragung oder Impulssteuerung ist es notwendig, das Signal, das in eine Reihe von digitalen Signalen umgesetzt werden soll, zu bestimmten Abtastpunkten oder Abtastzeiten, die um eine vorgegebene Zeit auseinanderliegen, abzutasten und die elektrischen Werte, die den entsprechend abgetasteten Werten des Signals entsprechen, für eine weitere vorgegebene Zeit oder für eine Speicherzeit, die kürzer als das Abtastintervall ist, zu speichern. Während dieser Speicherzeit findet die Analog-Digitalumsetzung oder der Steuervorgang statt. Bekannte Signalabtastkreise haben verschiedene Nachteile, wie es nachher noch in Verbindung mit der F i g. 1 erläutert wird. Insbesondere wird in diesen Kreisen ein Transformator benötigt, dessen Vorhandensein die äußeren Dimensionen und den Preis der Signalabtastanordnung vergrößert. Weiterhin induzieren die großen Abtastimpulse oder andere große Ströme, die zur Steuerung der Schaltdioden notwendig sind, Geräusche in die benachbarten Stromkreise.

In der F i g. 1 ist ein bekannter Kreis zur Abtastung eines analogen Signals und zum Speichern des Wertes dargestellt. Diese Schaltung ist so aufgebaut, daß das analoge Signal, das am Eingang 11 anliegt, jedesmal dann abgetastet wird, wenn ein Abtastimpuls am Eingang 12 anliegt. Die bei jedem Abtastpunkt abgetasteten Werte in einem Kondensator 13 gespeichert, bis am Ende eines jeden Speicherintervalls die in dem Kondensator 13 gespeicherte Ladung entladen wird, gesteuert durch einen an den Eingang 14 angelegten Löschimpuls. Die abgetasteten Werte können am Ausgang 15 abgegriffen werden. In diesem Stromkreis sind alle Dioden des schaltbaren Diodenkreises 16, der zu jedem Abtastzeitpunkt als Schalter für die Übertragung des analogen Signals vom Eingang 11 auf den. Speicherkondensator 13 dient während der Zeiten, die zwischen zwei Abtastimpulsen liegen, in Sperrichtung vorgespannt. Die über den Eingang 12 eintreffenden Abtastimpulse werden durch den Verstärkertransistor 19 verstärkt, so daß die verstärkten Abtastimpulse auf der Sekundärseite des Transformators 20 eine genügend große Amplitude haben, um die an den Schaltdiodenkreis 16 angelegte Sperrspannung zu überwinden und die Dioden leitend werden zu lassen. Jedesmal, wenn die Dioden des Schaltdiodenkreises 16 durch einen Abtastimpuls leitend werden, lädt das am Eingang 11 anliegende Signal über den Eingangswiderstand der analogen .Signalquelle, der durch einen Widerstand 21 dargestellt ist, den Speicherkondensator 13 mit der Zeit-Schaltungsanordnung zur pulsförmigen Abtastung von Wechselstromsignalen, insbesondere für
Kanalverteiler für die PCM

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

ίο Als Erfinder benannt:
Hiroshi Kondo, Tokio

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 7. November 1963 (60 068),
vom 18. Januar 1964 (F i g. 4 und 5)

konstanten, die durch den Eingangswiderstand der Signalquelle 21 und die Kapazität des Speicherkondensators 13 festgelegt ist, auf die Spannung auf, die die Signalspannung im Abtastzeitpunkt hat. Am Ende einer jeden Speicherzeit läßt der an den Eingang 14 angelegte Löschimpuls den Lösch-

a5 transistor 22 leitend werden, so daß der Speicherkondensator 13 entladen wird, bis die Spannung an ihm auf Null abgesunken ist, und zwar mit einer Zeitkonstanten, die durch die Kapazität des Speicherkondensators 13 und den Widerstand eines strombegrenzenden Widerstandes 23, der zwischen dem Speicherkondensator und dem Löschtransistor 22 liegt, festgelegt ist.

Bei diesem bekannten Kreis kann auf den Transformator 20 nicht verzichtet werden, da der Schaltdiodenkreis 16 nicht mit Erde verbunden werden darf, ausgenommen über den Eingang 11 für das Analogsignal, über den Löschtransistor 22 und über den Ausgang 15 für den Abtastwert. Weiterhin induziert die beträchtlich große elektrische Leistung, die notwendig ist, um die Schaltdioden zu betätigen, Geräusche in die benachbarten Kreise.

Es ist noch eine Schaltungsanordnung bekannt (deutsche Patentschrift 812441), bei der die Schaltdioden mit Erde verbunden sind. Auch bei dieser Anordnung sind zur Betätigung der Schaltdioden beträchtlich große Leistungen notwendig, durch die ebenfalls Geräusche in die benachbarten Kreise induziert werden können und dem Signal der unerwünschte, große Schaltstrom überlagert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Signalabtastkreis zu schaffen, der keinen Transformator benötigt und bei dem die Leistung der

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Abtastimpulse sehr gering sein kann. Dies wird ge- des Transistors 35 werden die aufeinanderfolgenden maß der Erfindung dadurch erreicht, daß als Halb- Abtastimpulse ν 12 angelegt, die den Transistor 35 leiter zwei Transistoren verwendet werden, an die sperren, so daß das Analogstromsignal nur während das abzutastende Signal angelegt ist, und daß diese der Zeiträume zwischen den aufeinanderfolgenden Transistoren in Abhängigkeit von dem Abtastsignal 5 Abtastimpulsen ν 12 zur Erde fließt. Es ist weiterhin wechselseitig sperren und durchschalten und daß ein dritter Transistor 36 vorgesehen, der an seinem über den einen durchgeschalteten Transistor der Emitter ebenfalls den Ausgangsstrom vom Transistor Kondensator geladen und über den anderen durch- 32 erhält. Das Analogstromsignal vom ersten Trangeschalteten Transistor das Eingangssignal kurzge- sistor 32 dient als Konstantstromquelle, um während schlossen wird. Durch die Verwendung von Transi- io jeder Abtastzeit einen konstanten Strom zum Speistoren als Schalter überlagert sich dem Signal infolge cherkondensator 13 abzugeben. Für diesen Trander Stromverstärkung der Transistoren ein bedeutend sistor 36 ist eine Vorspannungsquelle 37 vorhanden, kleinerer (unerwünschter) Schaltstrom als bei Die Vorspannung El der Vorspannungsquelle 33 für Dioden. den Transistor 32 muß höher sein als die Spannung

Die Erfindung wird nun an Hand der in den Zeich- 15 E 2 von der Vorspannungsquelle 37 für den dritten

nungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher er- Transistor 36, da die Basis des ersten Transistors 32

läutert. Es zeigt auf einem höheren Potential liegen muß als die Basis

Fig. 1 die Schaltung eines bekannten schon oben des dritten Transistors 36. Weiterhin muß die Span₇

beschriebenen Abtastkreises, nung£2 für den dritten Transistor 36 größer als die·

Fig. 2 die Schaltung eines Abtastkreises gemäß 20 größte Ausgangsspannung ν 15 sein, die am Ausgang

der Erfindung, 15 auftreten kann.

Fig. 3 Wellenformen, die an verschiedenen Punk- Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 2 wird

ten der Anordnung nach F i g. 2 auftreten, jetzt in Verbindung mit den in F i g. 3 "dargestellten

Fi g. 4 die Schaltung einer weiteren Ausführung Wellehformen erläutert. In dieser Figur ist in der

gemäß der Erfindung und ' 25 Abszisse die Zeit und in der Ordinate die Spannungs-

Fig. 5 die Wellenformen, die an verschiedenen amplitude £ aufgetragen. Die Analogsignalspannung Punkten der Anordnung nach Fig. 4 auftreten. ν 11 (Fig. 3a) ist positiv gegenüber Erde. Diese ■ In der F i g. 2 ist eine Ausführung für einen Spannung wird durch den ersten Transistor 32, dessen Analogsignalabtastkreis gemäß der Erfindung darge- Eingangswiderstand durch den Eingangswiderstand stellt. Die, Anschlüsse dieses Stromkreises sind die 30 31 vergrößert ist, in einen Analogsignalstrom umgegleichen wie bei dem bekannten Analogsignalkreis wandelt. Während der Zeiten zwischen den aufeinnach der Fig. 1 und sind demgemäß auch mit den anderfolgenden Abtastimpulsen ν 12 (Fig. 3b) fließt gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das analoge der Analogstrom vom Transistor 32 über den Tran-Spannungssignal ν 11 ist an den Eingang 11 angelegt. sistor 35 nach Erde. Der Transistor 35 ist leitend, da Dieses Signal wird abgetastet, wenn eine Abtast- 35 sein Basispotential niedriger als das Basispotential impulsspannung ν 12 an dem Eingang 12 anliegt. des dritten Transistor 36 ist. Wenn ein Abtastimpuls Der zu den einzelnen Abtastzeitpunkten abgetastete ν 12 an den Eingang 12 angelegt wird, fließt der Wert wird in einem Speicherkondensator 13 gespei- Analogsignalstrom durch den dritten Transistor 36 chert, bis die Ladung am Ende der Speicherzeit zum Kondensator 13. Der Transistor 36 ist zu diesem durch einen Löschimpuls ν 12, der über den Eingang 40 Zeitpunkt leitend, da das Basispotential des zweiten 14 angelegt wird, entladen wird. Die abgetastete Aus- Transistors höher als das Basispotential des dritten gangsspannung ν 15 wird an den Ausgang 15 an- Transistors ist. Wie schon vorher erwähnt, werden gelegt. Ähnlich wie beim bekannten Abtastkreis die Löschimpulse ν 14 (F i g. 3 c) an den Eingang 14 nach F i g. 1 enthält diese Schaltung eine Reihen- am Ende jedes Speicherintervalls angelegt, um den schaltung zwischen Erde und dem nicht geerdeten 45 Kondensator 13 zu entladen, dessen Spannung die Anschluß des Kondensators 13 (das ist, wie darge- abgetastete Ausgangsspannung ν 15 darstellt. Diese stellt, der Anschluß des Kondensators 13, an den die Ausgangsspannung, die am Ausgang 15 anliegt, ist in Analogspannung ν 11 angelegt wird). F i g. 3 d dargestellt.

Diese Reihenschaltung enthält den Löschtransistor Wenn jetzt die abgetastete Ausgangsspannung ν 15

22, der von den Löschimpulsen ν 14 gesteuert wird, 50 nach einem Löschimpuls ν 14 auf Null gefallen ist,

und einen Strombegrenzungswiderstand 23. wird ein Abtastimpuls ν 12 an den Eingang 12 für

Vorzugsweise wird der Löschtransistor 22 so an- die Dauer der Abtastzeit t_s angelegt. Wenn die geschlossen, daß eine Elektrode an Erde liegt. Ent- Dauer t_s des Abtastimpulses genügend klein gegensprechend der Polarität des Potentials am Speicher- über der kürzesten Periode des Analogspannungskondensator 13 wird hier als Löschtransistor 22 ein 55 signals ν 11 ist (wie es allgemein üblich ist), dann Transistor vom pnp-Typ verwendet. wirkt der dritte Transistor 36 als eine Konstantstrom-' Der erfindungsgemäße Stromkreis enthält weiterhin quelle und liefert, wie schon erläutert, einen Strom einen Eingangswiderstand 31, der mit dem Eingang von konstanter Größe zum Speicherkondensator 13. 11 für das Analogsignal verbunden ist, einen ersten Dann ergibt sich, wenn die Größe des Analogsignal-Transistor 32, der mit dem Eingangswiderstand 31 60 stromes bei einem der Abtastzeitpunkte ti, t2, t3 verbunden ist und der die angelieferte Analogsignal- usw. gleich i_s und die Kapazität des Speicherkondenspanmmg ν 11 in einen Analogsignalstrom verwandelt sators 13 gleich C ist, als Spannung über dem Spei- und als Analogsignal-Stromquelle dient, deren Strom cherkondensator 13 oder als abgetastete Ausgangsder Spannung ν 11 proportional ist. Für den Tran- spannung ν 15:
sistor 32 ist eine Vorspannungsquelle 33 vorgesehen. 65 vl5 = (t /C) i
Ein zweiter Transistor35 ist so vorgesehen und so \s ) s·
angeschlossen, daß der Emitter den Analogsignal- Aus der Formel kann man erkennen, daß diese strom vom ersten Transistor 32 erhält. An die Basis Spannung proportional dem analogen Signal ist. Die

Emitter des Transistorpaares 35 und 36 sind miteinander verbunden. Einer dieser Transistoren, der Transistor 35, wird durch die aufeinanderfolgenden Abtastimpulse, die an die Basis angelegt werden, gesteuert, und veranlaßt dadurch, daß der andere Transistor 36 während der Zeiten zwischen den Abtastimpulsen keinen Strom an den Kondensator 13 abgibt und während der Abtastimpulse als Konstantstromquelle für den Kondensator 13 dient. Dieser konstante Strom ist dem analogen Signal proportional, das zu den Abtastzeiten ti, ti, t3, usw. am Eingang 11 anliegt. Die Transistoren 35 und 36 arbeiten in dieser Kombination als Abtastschalter vom Typ eines Stromumschalters, um den Strom vom ersten Transistor 32 über den einen Transistor 35 zur Erde und über den anderen Transistor 36 zum Speicherkondensator 13 fließen zu lassen.

Wenn das Analogsignal sowohl positive als auch negative Werte annimmt, dann wird ein Vorspannungskreis 38 für den Emitter des Transistors 32 be- ao nötigt, um den nötigen Vorspannungsstrom für die Emitter zu erhalten. Dieser Stromkreis besteht aus der Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Spannungsquelle, wie es in F i g. 2 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Wenn das Analogsignal sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann und auch keine Gleichstromkomponente hat, dann ist es zweckmäßig, zusätzlich zwischen dem Eingang 11 und dem Widerstand 31 einen gleichstromblockierenden Kondensator 39 einzusetzen, der ebenfalls in gestrichelten Linien in der Fig. 2 dargestellt ist. Wenn das Analogsignal ein Analogstromsignal ist, dann kann der Analogsignaleingang 11 direkt mit den Emittern der zweiten und dritten Transistoren 35 und 36 verbunden werden, d. h., man kann auf den ersten Transistor 32 verzichten.

Bisher ist angenommen worden, daß die Signale, die am Analogsignaleingang 11 anliegen, Analogsignale sind. Die abzutastenden Signale müssen jedoch nicht unbedingt Analogsignale sein. Es ist nur notwendig, daß ein Signal anliegt, das wenigstens zu den Abtastpunkten endliche Werte aufweist.

In der F i g. 4 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit dargestellt, die im wesentlichen denselben Aufbau wie die in F i g. 2 dargestellte Anordnung hat, mit Ausnahme, daß der Transistor 35 des Transistorpaares 35 und 36, die zusammen den Abtastschalter darstellen, so angeordnet ist, daß er über seinen Kollektor einen Konstantstrom zum Speicherkondensator 13 abgibt, der proportional dem Analogsignal zu jedem der Abtastpunkte ist. Die andere Abweichung gegenüber dem Stromkreis nach F i g. 2 besteht darin, daß die Kollektorelektrode des dritten Transistors 36 geerdet ist.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 4 wird jetzt in Verbindung mit den Wellenformen nach F i g. 5 erläutert. Die F i g. 5 entspricht im wesentlichen der F i g 3 mit Ausnahme, daß für die Abtastimpulsspannung ν 12 zu den Abtastpunkten ti, ti, t3 usw. eine Spannung gewählt ist, die niedriger als die Vorspannung El ist, die an die Basis des Transistors 36 von der Spannungsquelle 37 angelegt wird. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen ist die Basis des zweiten Transistors 35 auf einem höheren Potential als die Basis des dritten Transistors 36. Daraus ergibt sich, daß der dritte Transistor 36 leitend ist und der Analogsignalstrom nach Erde fließt. Wenn ein Abtastimpuls ν 12 an den Eingang angelegt wird, nimmt die Basis des zweiten Transistors 35 ein Potential an, das niedriger als das Potential an der Basis des dritten Transistors 36 ist, so daß der zweite Transistor 35 leitend wird und dann den Analogsignalstrom zum Speicherkondensator 13 überträgt. Daraus läßt sich erkennen, daß die Anordnung nach F i g. 4 in ähnlicher Weise arbeitet wie die Anordnung nach F i g. 2.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur pulsförmigen Abtastung von Wechselstromsignalen, bei der die mittels eines durch ein Abtastsignal gesteuerten Halbleiterschalters abgetasteten Signalwerte in einem Kondensator gespeichert werden und der Kondensator durch ein Löschsignal entladen werden kann, insbesondere für Kanalverteiler für die PCM, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterschalter zwei Transistoren (35, 36) verwendet werden, an die das abzutastende Signal (vll, Q angelegt ist, und daß diese Transistoren in Abhängigkeit von dem Abtastsignal (vl2) wechselseitig sperren und durchschalten und daß über den einen durchgeschalteten Transistor (36) der Kondensator geladen und über den anderen durchgeschalteten Transistor (35) das Eingangssignal kurzgeschlossen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannung anliegende Signale (vll) in einer Transistorstufe (32) in einen entsprechenden Strom (i_s) umgewandelt werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Basis des einen Transistors (36) angelegte Vorspannung (E 2) einen Wert hat, der zwischen der Impulsspannung (E) und der Spannung in den Impulspausen an der Basis des anderen Transistors (35) liegt, wobei dieser andere Transistor durch an die Basis angelegte Abtastimpulse gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 812441.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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