DE1229156B - Abtasteinrichtung fuer Zeitmultiplexsysteme - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04j

Deutsche Kl.: 21 a4 - 49

Nummer: 1229 156

Aktenzeichen: S 96677IX d/21 a4

Anmeldetag: 22. April 1965

Auslegetag: 24. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung zur Abtastung von zwei und mehr Analogsignalen mit anschließender Zusammenfassung der Abtastproben zu einem Pulsrahmen bei einem Zeitmultiplexsystem.

Schalteinrichtungen dieser Art weisen eine der Anzahl der Signalkanäle entsprechende Zahl von elektronischen Schaltern auf, die im Rhythmus der Signalabtastfrequenz die Analogsignale abtasten. Üblicherweise werden die Abtastproben der Abtastschalter dadurch zu einem Pulsrahmen zusammengefaßt, daß einerseits deren Ausgänge einander unmittelbar parallel geschaltet sind und andererseits die Abtastschalter im Rhythmus der Signalabtastfrequenz mit einer entsprechend der gewählten Folge der sie abtastenden Kanäle um jeweils eine Periode der Impulsfolgefrequenz des Pulsrahmens in der Phase gegeneinander versetzt gesteuert werden.

Als elektronische Schalter kommen vor allem Halbleiterelemente, beispielsweise Dioden oder Transistoren, zur Anwendung, die hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften in der Regel nicht zu vernachlässigende Unterschiede aufweisen. Besonders störend wirken sich hier Schwankungen hinsichtlich der Leitfähigkeit der sie darstellenden Schaltstrecken aus. Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang jedoch nur die Exemplarstreuung der zu einer Kanalgruppe gehörigen Abtastschalter, weil ein bei sämtlichen Abtastschaltern auftretender gleicher Abtastfehler mit verhältnismäßig geringem technischem Aufwand ausgeglichen werden kann. Die als Trägerrestspannungen zu bezeichnenden Abtastfehler der Abtastschalter beeinträchtigen nämlich die Qualität der Übertragung, d. h., sie schränken den an sich zur Verfügung stehenden Aussteuerbereich des Systems ein.

Zur Verbesserung des Signalgeräuschabstandes bei Nachrichtenübertragungssystemen wird oftmals vom Prinzip der sogenannten Kompandierung Gebrauch gemacht. Hierbei werden sendeseitig die kleinen Amplituden gegenüber den großen Amplituden angehoben (Preßvorgang) und auf der Empfangsseite diese Signalvorverzerrung wieder rückgängig gemacht (Dehnvorgang). Um nicht für jeden Signalkanal sendeseitig einen Presser und empfangsseitig einen Dehner vorsehen zu müssen, ist es angebracht, die Kompandierung in der Gruppenebene vorzunehmen. In diesem Fall müssen jedoch besonders hohe Anforderungen an die Trägerrestfreiheit der Kanalabtastschalter gestellt werden, weil die diese Trägerrestspannungen darstellenden Nullpunktverschiebungen durch den Kompander gewissermaßen verstärkt werden und zu Signalverzerrungen führen.

Abtasteinrichtung für Zeitmultiplexsysteme

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Theodor Koch, München

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schalteinrichtung der einleitend beschriebenen Art, insbesondere bei einem mit Gruppenkompandierung arbeitenden Zeitmultiplexsystem eine einfache, auch

ao sehr hohen Anforderungen an die Trägerrestfreiheit genügende Lösung anzugeben.

Ausgehend von einer Schalteinrichtung zur Abtastung von zwei und mehr Analogsignalen mit anschließender Zusammenfassung der Abtastproben zu einem Pulsrahmen bei einem Zeitmultiplexsystem mit gruppenweiser Kompandierung, bei der den Kanäle darstellenden Analogsignalen elektronische Schalter zugeordnet sind, die im Rhythmus der Signalabtastfrequenz mit einer entsprechend der gewählten Folge der sie abtastenden Kanäle um jeweils eine Periode der Impulsfolgefrequenz des Pulsrahmens in der Phase gegeneinander versetzt gesteuert sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abtastschalter über den ihnen allen gemeinsamen Ausgang und einen weiteren elektronischen Schalter auf einen hinsichtlich des Innenwiderstandes der Signalkanäle hochohmigen Speicher arbeiten und daß der den weiteren elektronischen Schalter im Rhythmus der Impulsfolgefrequenz des Pulsrahmens steuernde Takt derart bemessen ist, daß er diesen Schalter jeweils vor Ablauf der Schließzeit eines Abtastschalters vom leitenden Zustand in den Sperrzustand überführt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Trägerrestspannungen der Abtastschalter weitgehend unabhängig vom Leitwert der sie bildenden Schaltstrecke in ausreichendem Maß dann klein gehalten werden können, wenn es gelingt, den während eines Abtastvorgangs fließenden Strom innerhalb des Schaltintervalls gegen Null abklingen zu lassen. In diesem Fall wird dann auch der Spannungsabfall am Durchlaßwiderstand des Schalters und damit die

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Trägerrestspannung praktisch gleich Null. Diese Voraussetzung ist bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung dadurch erfüllt, daß die Abtastschalter auf einen hinsichtlich des Innenwiderstandes der Signalkanäle hochohmigen Speicher arbeiten. Allerdings ist diese Maßnahme allein noch nicht ausreichend, um die gewünschte hohe Trägerrestfreiheit zu gewährleisten, weil auch beim Übergang eines Abtastschalters vom leitenden Zustand in den Sperrzustand mit exemplarabhängigen Verfälschungen der Abtastproben gerechnet werden muß. Aus diesem Grund ist in der Zuleitung der Abtastschalter zum Speicher noch ein weiterer elektronischer Schalter angeordnet, der jeweils rechtzeitig vor Ablauf der Schließzeit eines Abtastschalters öffnet und dadurch die Möglichkeit einer Verfälschung der gerade auf den Speicher übertragenen Abtastprobe unterbindet.

Zweckmäßig wird den Ausgängen der Abtastschalter ein sämtlichen Schaltern gemeinsamer hochohmiger Ableitwiderstand parallel geschaltet.

Der Speicher, auf den die Abtastschalter arbeiten, kann in einfacher und vorteilhafter Weise ein Ladekondensator sein, der mit einer derart bemessenen Umladevorrichtung in Verbindung steht, daß er sich mit jeder ankommenden Abtastprobe kurzzeitig auf den Wert der Abtastprobe auflädt und im Zeitintervall zweier aufeinanderfolgender Abtastproben nach einer vorgegebenen Zeitfunktion entlädt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Zeitmultiplexsystem mit gruppenweiser Kompandierung ist der den Speicher darstellende Ladekondensator einschließlich der Umladevorrichtung zu einem die Abtastproben in dauermodulierte Impulse umwandelnden Modulationswandler erweitert und die Entladung des Ladekondensators durch die Zeitkonstante der Entladung zeitabhängig im Sinne der gewünschten Kompandierung beeinflussende Mittel gesteuert.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, die Analogsignale unsymmetrisch abzutasten. Hierzu wird dfen Analogsignalen auf Seiten der Eingänge der Abtastschaiter eine allen Kanälen der Gruppe gemeinsameGleichspannung überlagert, die zur automatischen Nullwerteinstellung der Signalspannungen von einer entsprechend bemessenen und gesteuerten Regeleinrichtung erzeugt ist. .

Die elektronischen Schalter werden vorzugsweise durch Schalttransistoren realisiert.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung 'dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schalteinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der bei der Schaltung nach der Fig. 1 ablaufenden Schaltvorgänge,

Fig. 3 das Diagramm einer Kompandierungskenn¹ linie, . .

F i g. 4 das Schaltbild einer Schalteinrichtung mit einem Gruppenkompander nach der Erfindung.

Das. Prinzipschaltbüd der Schalteinrichtung nach der Erfindung nach der F i g. 1 weist η Abtastschalter sal bis san für η Signalkanäle auf. Die Abtastschalter sind ausgangsseitig einander parallel geschaltet und arbeiten über den weiteren Schalter s auf den Speicher 5. Ferner zeigt die F i g. 1 einen den Ausgängen sämtlicher Abtastschalter parallelliegenden Ableitwiderstand Ro. Die Abtastschalter ία 1 bis san werden jeweils von einem Takt Π bis Tn und der Schalter s vom Takt Tp gesteuert.

Der zeitliche Ablauf der Takte ist in der Fig. 2 angegeben. Die Takte Tl bis Tn, die die gleiche Folgefrequenz haben, sind gegeneinander im Zuge ihrer Auf einanderfolge jeweils um das Zeitintervall τ ρ in der Phase verschoben, so daß die Abtastproben der einzelnen Signalkanäle am Eingang des Schalters s im Rhythmus der Periode τ ρ ankommen. Der Takt Tp

ίο für den Schalter s hat ebenfalls die Periode τρ. Die Dauer seiner Impulse ist jedoch, wie aus der Fig. 2 ersehen werden kann, geringfügig kleiner gewählt als die Dauer der Impulse der Takte Π bis Tn. Hierbei ist die zeitliche Lage der Impulse des Taktes Tp zu den Impulsen der Takte Π bis Tn so gewählt, daß ihre Vorderflanken jeweils zeitlich zusammenfallen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Schalter s stets kurz vor Beendigung der Schließzeit eines Abtastschalters öffnet. Der Ableitwiderstand Ro isthochohmig ausgebildet und dient, wie sein Name bereits sagt, der Ableitung von Restladungen, die an den Ausgängen der Abtastschalter im Zeitraum des geöffneten Schalters s wirksam sind. Der aus den Abtastproben der einzelnen Kanäle gebildete Pulsrahmen wird am Ausgang a des Speichers 5 abgenommen. Wie im vorstehenden bereits zum Ausdruck gebracht worden ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Schalteinrichtung eine hohe Trägerrestfreiheit der die Signalkanäle abtastenden Abtastschalter, weil einerseits die Abtastschalter auf einen hinsichtlich des Innenwiderstandes der Signalkanäle hochohmigen Speicher arbeiten und andererseits der zwischen dem Speicher und den Ausgängen der Abtastschalter angeordnete weitere Schalter den Speicher rechtzeitig vor Beendigung eines Schließvorgangs eines Abtastschalters von den Abtastschaltern entkoppelt. Dieser Schalter s, der in gleicher Weise realisiert ist wie die Abtastschalter sal bis san, weist seinerseits zwar ebenfalls Trägerrestspannungen auf. Diese Trägerrestspannungen müssen ebenfalls kompensiert werden. Dies läßt sich jedoch mit geringem Aufwand durchführen, weil sich der Fehler dieses Schalters . den Abtastproben sämtlicher Kanäle in der gleichen Weise mitteilt.

Dem Erfindungsgegenstand kommt, wie ebenfalls im vorstehenden bereits ausgeführt worden ist, hinsichtlich seiner Anwendung in einem Zeitmultiplexsystem mit Gruppenkompandierung eine besondere Bedeutung zu, weil dort besonders hohe Anforderungen an die Trägerrestfreiheit der Abtastschalter gestellt werden müssen. Der Erläuterung dieses Sach-

'" Verhalts dient die Fig. 3. Die hier dargestellte, ausgezogene Kompandierungskennlinie zeigt die Bewertung der Amplitude des zu kömpandierenden Signals

durch den Kompander. Dabei ist auf der Abszisse die Eingangsgröße e und auf der Ordinate die Ausgangsgröße α aufgetragen. Die in das Diagramm eingetragene in unterbrochener Linie gezeichnete 45°- Gerade stellt den Fall der linearen Übertragung dar.

Die Kompanderkennlinie nach der F i g. 3 hat kein stetigen Verlauf, sondern setzt sich aus drei in sich linearen, am Nullpunkt des Koordinatensystems gespiegelten Bereichen I, II und III zusammen, die sich im wesentlichen durch ihre Neigung zur Abszisse voneinander unterscheiden. Hierbei hat das Teilstück I im Bereich kleiner Amplituden der Eingangsgröße e den größten Neigungswinkel, d. h., in diesem Bereich werden die Amplituden der Eingangsgröße

wesentlich (etwa 15fach) angehoben. Im Teilbereich II werden dagegen die Amplituden der Eingangsgröße e praktisch unverändert in die Ausgangsgröße α übergeführt. Das äußere Teilstück III hat zur Abszisse einen Neigungswinkel, der wesentlich kleiner als 45° ist. In diesem Bereich werden also die Amplituden gepreßt. In der Regel beträgt der Amplitudenbereich, in dem das Teilstück I der Kompanderkennlinie wirksam ist, nur wenige Prozent der Maximalamplitude des eingangsseitigen Signals. Die richtige Bewertung der Eingangsgröße durch den Kompander ist somit nur dann in ausreichendem Maße gewährleistet, wenn die Trägerrestspannungen der Abtastschalter wesentlich kleiner sind, als der dem Teilstück I entsprechende Amplitudenbereich. Praktisch bedeutet dies, daß die Trägerrestspannungen maximal die Größenordnung von 1 bis 2 %o der Maximalaussteuerung annehmen dürfen.

In der F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer mit einem Gruppenkompander zusammenarbeitenden Schalteinrichtung nach der Erfindung dargestellt. Der Gruppenkompander ist hierbei für dreißig Kanäle ausgelegt. Davon ist lediglich ein ankommender Kanal mit einem sich daran anschließenden Abtastschalter dargestellt und die übrigen neunundzwanzig Kanäle mit ihren Abtastschaltern durch das Vielfach V angedeutet. Die im Zuge eines Signalkanals übertragene Signalenergie wird somit vom Ausgang des dem betreffenden Kanal zugeordneten Tiefpasses Ti über einen Abtastschalter AS einem den Gruppenkompander umfassenden Modulationswandler MW zugeführt, der hierbei unter Berücksichtigung der gewünschten Kompandierung die vom Speicher abgenommenen Abtastproben in dauermodulierte Pulse umwandelt. Der Tiefpaß Ti schließt ausgangsseitig mit dem Kondensator Ci ab. An diesem Kondensator liegt die abzutastende Signalspannung. Um eine unsymmetrische Aussteuerung der Abtastschalter zu ermöglichen, ist der Kondensator Ci jedes Tiefpasses über einen Widerstand Ri auf die Gleichspannung + Ur gelegt, die das Nullpotential für die Signalwechselspannung darstellt. Der dargestellte Abtastschalter besteht aus einem Transistor TsI, dessen Basis der Steuertakt T über die Parallelschaltung aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator Cl zügeführt wird. Entsprechend dem Prinzipschaltbild nach der Fig. 1 ist sämtlichen Abtastschaltern ausgangsseitig, d. h. am Vielfach V der Ableitwiderstand Ro parallel geschaltet. Ebenso arbeiten sämtliche Abtastschalter über den weiteren Schalter s auf den den Speicher S nach der F i g. 1 darstellenden Ladekondensator C 2. Der Ladekondensator C 2 steht mit seinem zweiten Anschluß mit der Basis des Transistors Ts 2 in Verbindung, dessen Emitter auf Bezugspotential liegt und dessen Kollektor die Betriebsgleichspannung + Ub über den Kollektorwiderstand Rc zugeführt ist. Zwischen dem Schalter s und dem Ladekondensator C 2 ist ein weiterer, einseitig auf Bezugspotential liegender Schalter s' vorgesehen, der die Umladung des Ladekondensators nach Beendigung eines Aufladevorgangs vornimmt und zu diesem Zweck von einem Steuertakt Tp' gesteuert wird, der die gleiche Folgefrequenz aufweist wie der Steuertakt Tp für den Schalter s, jedoch zu diesem komplementär ist, d. h., der Schalter s' ist geschlossen, wenn der Schalter s offen ist, und umgekehrt. Zwischen dem Ladekondensator C2 und der Basis des Transistors Ts 2 ist noch eine Stromzuführung i vorgesehen, über die sich der Ladekondensator C 2 in den Zeitintervallen, in denen der Schalter s' geschlossen ist, umlädt. Die Zeitkonstante dieses Stromkreises wird zeitabhängig im Sinne der gewünschten Kompandierung durch in der F i g. 4 nicht näher dargestellte Mittel gesteuert.

Der Ladekondensator C 2 stellt zusammen mit dem Transistor Ts 2 und dem Schalter s' eine monostabile Kippstufe mit im Ruhezustand leitendem Transistor Ts2 dar. Die Umwandlung der Abtastproben in dauermodulierte Impulse durch diese monostabile Kippstufe kommt dadurch zustande, daß der Ladekondensator C 2 von einer über den Schalters zugeführten Abtastprobe rasch auf deren Amplitudenwert über die leitende Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ts 2 aufgeladen und anschließend über den geschlossenen Schalter s' und die Stromzuführung i entladen wird. Während der Entladung des Ladekondensators C 2 kehrt sich nämlich das Potential an der Basis des Transistors Ts2 um, so daß er während dieses Entladevorgangs vom leitenden in den gesperrten Zustand übergeführt wird. Der Spannungsverlauf an der Basis ist in der F i g. 4 dargestellt. Bei einer Umwandlung ohne Kompandierung stellt der Spannungsverlauf einen linearen Sägezahn mit negativer Amplitude dar. Im vorliegenden Fall hat die Rückflanke dieses Sägezahns jedoch einen entsprechend der in die Zeitebene verlegten Kompandierungskennlinie nach der Fig. 3 S-förmigen Verlauf. In gleicher Weise sind in die F i g. 4 die am Kondensator Ci des Tiefpasses Ti anstehende kontinuierliche Signalspannung, der auf den Ladekondensator C 2 über den Schalter s übertragene Abtastimpuls sowie der am Kollektor des Transistors Ts 2 auftretende dauermodulierte Impuls eingezeichnet.

Sollen die am Ausgang des Transistors Ts 2 anstehenden dauermodulierten Impulse unter Anwendung des sogenannten Zählverfahrens mit Hilfe eines Start-Stop-Generators und eines Binärzählers in den gewöhnlichen binären Code umgesetzt werden, so kann beispielsweise der Binärzähler in Verbindung mit einer Logik zur Steuerung der Zeitkonstante des Entladekreises des Ladekondensators C 2 im Sinne der gewünschten Kompandierung mit ausgenutzt werden.

Der Ausgleich des durch den Schalter s den Abtastproben sämtlicher dreißig Kanäle in gleicher Weise aufgeprägten Trägerrestfehlers wird zweckmäßig dadurch herbeigeführt, daß die die Nullage des unsymmetrisch abgetasteten Signals festlegende Gleichspannung +Ur in geeigneter Weise geregelt wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schalteinrichtung zur Abtastung von zwei und mehr Analogsignalen mit anschließender Zusammenfassung der Abtastproben zu einem Pulsrahmen bei einem Zeitmultiplexsystem, insbesondere Zeitmultiplexsystem mit gruppenweiser Kompandierung, bei der den Kanäle darstellenden Analogsignalen elektronische Schalter zugeordnet sind, die im Rhythmus der Signalabtastfrequenz mit einer entsprechend der gewählten Folge der sie abtastenden Kanäle um jeweils eine Periode der Impulsfolgefrequenz des Pulsrahmens in der Phase gegeneinander versetzt gesteuert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die

Abtastschalter (sal. .. sari) über den ihnen allen gemeinsamen Ausgang und einen weiteren elektronischen Schalter (s) auf einen hinsichtlich des Innenwiderstandes der Signalkanäle hochohmigen Speicher (S) arbeiten und daß der den weiteren elektronischen Schalter (s) im Rhythmus der Impulsfolgefrequenz des Pulsrahmens steuernde Takt (Tp) derart bemessen ist, daß er diesen Schalter jeweils vor Ablauf der Schließzeit eines Abtastschalters vom leitenden Zustand in den Sperrzustand überführt.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgängen der Abtastschalter ein sämtlichen Schaltern gemeinsamer hochohmiger Ableitwiderstand (Ro) parallel liegt.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher ein Ladekondensator (C 2) ist, der mit einer derart bemessenen Umladevorrichtung in Verbindung steht, daß er sich mit jeder ankommenden Abtastprobe kurzzeitig auf den Wert der Abtastprobe auflädt und im Zeitintervall zweier aufeinanderfolgender Abtastproben nach einer vorgegebenen Zeitfunktion entlädt.

4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei einem Zeitmultiplexsystem mit gruppenweiser Kompandierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (C 2) einschließlich der Umladevorrichtung zu einem die Abtastproben in dauermodulierte Impulse umwandelnden Modulationswandler erweitert ist und daß die Entladung des Ladekondensators durch die Zeitkonstante der Entladung zeitabhängig im Sinne der gewünschten Kompandierung beeinflussende Mittel gesteuert ist.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Analogsignalen auf sehen der Eingänge der Abtastschalter (sal... san) zur unsymmetrischen Abtastung eine allen Kanälen der Gruppe gemeinsame Gleichspannung (+ Ur) überlagert ist, die zur automatischen NuIlwerteinstellung der Signalspannungen von einer entsprechend bemessenen und gesteuerten Regeleinrichtung erzeugt ist.

6. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter Schalttransistoren sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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