DE2515660A1 - Verfahren und schaltung zum erzeugen und induktiven uebertragen von fm- signalen - Google Patents

Description

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Verfahren und Schaltung zum Erzeugen und induktiven Übertragen von FM-Signalen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen und induktiven Übertragen von FM-Signalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Bundesrepublik Deutschland ist seit einiger Zeit das Verkehrsrundfunksystem ARI (= Autofahrer-Rundfunk-Information) eingeführt, mit dem Verkehrsnachrichten über die UKW-Sender vermittelt werden. Diese Verkehrsnachrichten bringen Informationen über Straßenzustände und Verkehrsbehinderungen und häufig auch Hinweise auf mögliche Umleitungen und Alternativrouten.

Die Information der Verkehrsteilnehmer über die Verkehrsrundfunksender ist im Regelfall für das gesamte Kollektiv von Benutzern von Bundesautobahnen und Fernstraßen bestimmt. Eine individuelle Information ist damit nicht möglich, mit Ausnahme des sogenannten Notrufs. Eine weitere

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informatorische Schwierigkeit stellt, besonders zur Hauptreisezeit, die Sprachschranke dar. Der deutschen Sprache nicht mächtige Besucher aus dem Ausland müssen dann über die wichtigsten Verkehrshinweise durch Ansagen in ihrer Muttersprache unterrichtet werden, z.B. vom Norddeutschen Rundfunk in Dänisch und Schwedisch.

Eine weitere Schwierigkeit für den Verkehrsteilnehmer, die durch das ARI-System nicht gemeistert wird, liegt darin begründet, daß je nach den Wetterbedingungen und der Verkehrsdichte das Beobachten der Verkehrsschilder zum Finden des Fahrtziels erheblich erschwert ist.

Um die angeführten Nachteile des ARI-Systems zu vermeiden, wurde ein neues Verkehrszielführungssystem für Autobahnen und Schnellstraßen entwickelt. Bei diesem System werden einem Fahrzeugführer nach Nennung des Fahrtziels wichtige Informationen wie Richtungsanweisung, Straßenverhältnisse, günstigste Geschwindigkeit usw. automatisch auf einem Anzeigefeld zur Anzeige gebracht. :

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zum Erzeugen und induktiven Übertragen von FM-Signalen für ein Verkehrszielführungssystem zu entwickeln, wobei in hohem Grade digitale Bausteine zur Anwendung gelangen, um einen Aufbau in integrierter Schaltung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs I angeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung hat den großen Vorteil, daß aufgrund des aperiodischen Verhaltens der Schaltung keine Einschwingvorgänge auftreten. Dies wird dadurch erreicht, daß bei der Umwandlung eines digitalen Signals

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in ein anderes mit Treppenform, wobei die Hüllkurve des letzteren aus Teilen einer Sinuskurve besteht, nur ohmsche Widerstände verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin begründet, daß die Frequenz eines digitalen Signals durch einen externen Befehl geändert wird, so daß eine von außen steuerbare schnelle Frequenzumtastung möglich ist.

Ferner hat die Erfindung den Vorteil, daß bei ihr in der Gegentaktendstufe nur ein einziges analoges Verstärkerteil benötigt wird.

Im folgenden wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die erfindungsgemäße Schaltung in einem Verkehrszielführungssystem eingesetzt ist.

Es zeigen

Figur 1 ein Blockschaltbild des Straßengeräts, Figur 2 ein Blockschaltbild des Fahrzeuggeräts, Figur 3 ein Schaltbild eines Sinusgenerators.

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Das neue Zielführungssysteni besteht im wesentlichen aus in Fahrzeugen eingebauten Fahrzeuggerä.ten und an Straßen angebrachten Straßengeräten. Ein Fahrzeuggerät enthält die Baugruppen Empfänger 1, Sender 2, Zyklussteuerung 3, Adressenschalter 4, Anzeigeeinheit 5 und Ferritantenne 6. Ein Straßengerät, daß an yerkehrsmäßigen Entscheidungspunkten wie Autobahnabfahrten, -kreuzen, -dreiecken und Straßenkreuzungen aufgestellt wird, enthält die Baugruppen Straßenschleife 7, Empfänger 8, Sender 9, Zyklussteuerung 10, Adressenspeicher 11 und Übertragungseinrichtung 12 zu einem zentralen Verkehrsrechner 13.

Der Datenaustausch zwischen Straßengerät und Fahrzeuggerät erfolgt über eine in die Fahrbahn eingelegte Induktionsschleife 7 und eine am Fahrzeug angebrachte Ferritantenne 6.

Die Eingabe, Ausgabe und Speicherung von Informationen erfolgt sowohl im Straßengerät als auch im Fahrzeuggerät rein digital. Zur Übertragung über die Schleife 7 bzw. die Ferritantenne 6 wird eine Binärinformation in eine Pulsdauermodulation und anschließend in eine Frequenzmodulation umgewandelt. Es werden zwei Frequenzen verwendet, die durch einen umschaltbaren Frequenzteiler 14 aus einem mit einem Farbträgerquarz stabilisierten Oszillator 15 gewonnen werden.

Dessen Frequenz von 4,433 MHz wird insgesamt durch 40 und durch 30 geteilt,

so daß man die beiden Frequenzen f =111 kHz und f = 148 kHz erhält.

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Alle auftretenden Binärinformationen werden mit Hilfe der Frequenzen f und f folgendermaßen codiert:

Der Zustand "Low" (L) wird durch ein Signal aus 7 Perioden der Frequenz 148 kHz und 16 Perioden der Frequenz 111 kHz dargestellt, der Zustand "High" (H) wird durch ein Signal aus 22 Perioden der Frequenz 148 kHz und 6 Perioden der Frequenz 111 kHz dargestellt.

Ein sogenannter Startschritt wird durch ein Signal aus 30 Perioden der Frequenz 148 kHz und 6 Perioden der Frequenz 111 kHz dargestellt.

Zum Zwecke eines Austausches von Informationen zwischen Straßengerät und Fahrzeuggerät sendet das Straßengerät laufend Anrufschritte, die mit dem soeben beschriebenen Startschritt identisch sind.

Befindet sich ein mit einem Fahrzeuggerät ausgerüstetes Fahrzeug über einer Induktionsschleife 7, werden die Anrufschritte vom Fahrzeuggerät aufgenommen und ausgewertet. Die Anrufschritte dienen zum Ausschalten des Fahrzeugempfängers 1 und gleichzeitigen Einschalten des Fahrzeugsenders 2, der seinerseits eine im Adressenschalter 4 des Fahrzeugs eingestellte Zieladresse an das Straßengerät überträgt.

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Der Adressenschalter 4 ist als vierstelliger im Hexa-Dezimalcode arbeitender Codierschalter eingerichtet. Demnach ist ein Zieltelegramm sechzehn bit lang. Bei dieser Telegrammlänge gibt es 65.536 Zielmöglichkeiten.

Das Telegramm beginnt mit einem Startschritt, der den Sender 9 des Straßengerätes aus- und dem Empfänger '8 einschaltet. Dann werden die sechzehn bit des Zieltelegramms übertragen, und zwar dreimal hintereinander, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Telegramme auf Identität geprüft werden.

Danach erfolgt selbständig die Umschaltung im Fahrzeug auf Empfang und im Straßengerät auf Senden. Das Straßengerät sendet einen Startschritt und ein Anweisungstelegramm, das Richtungs-, Geschwindigkeitsund Sonderanweisungen enthält und das aus acht bit besteht, ebenfalls dreimal hintereinander. Damit ist die Datenübertragung beendet.

Nachfolgend sollen in groben Zügen die Blockschaltbilder des Straßengeräts und des Fahrzeuggeräts beschrieben werden. Da die Elektronik des Straßengerätes der des Fahrzeuggerätes in überwiegendem Maße gleicht, werden für identische Bauteile in beiden Geräten gleiche Bezugszahlen verwendet.

Ein über die Induktionsschleife 7 empfangenes Signal gelangt über einen Tiefpaß 16, einen Verstärker 17 und einen Begrenzer 18, der es auf Rechteckform mit TTL-Pegel bringt und ein Und-Glied 19 an einen Zähler 20, mit dem in einer Periodendauermessung die beiden Frequenzen f und f ermittelt werden. Als Zählfrequenz dient die

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Eigenfrequenz des Oszillators 15, der mit einem Eingang des Und-Gliedes 19 verbunden ist. Ein Decoder 21 des Zählers 20 liefert für jede Periode einen Impuls. Diese Impulse werden in einem Periodenzähler 22 gezählt, und es wird einerseits in einer Startschritterkennungsschaltung 23 die Information "Startschritt" soweit vorhanden erkannt, andererseits werden in einer Bit-Erkennungsschaltung 24 die Informationen "Low" und "High" gewonnen.

Wird ein Startschritt, den ein Fahrzeug gesendet hat, von der Startschritt-Erkennungsschaltung 23 erkannt, unterbricht letztere den vom Straßengerät ! gesendeten Anrufschrittakt mit Hilfe einer Anrufschrittaktschaltung 25 und ' einer Umsteuerschaltung 26, die in der Zyklussteuerung 10 enthalten sind. Der Empfänger 8 des Straßengeräts bleibt solange eingeschaltet, bis die Zieladresse des Fahrzeugs dreimal empfangen wurde.

Die aus 16 bit bestehende Zieladresse wird, wie schon erwähnt, dreimal ^! vom Fahrzeug gesendet. Von der Bit-Erkennungsschaltung 24 gelangt das Signal einerseits über einen Bit-Zähler 27 an einen Eingang eines Und-Gliedes 28, andererseits wird es einem als 16-Bit-Zwischenspeicher 29 dienenden Schieberegister und einem Eingang eines Exklusiv-Oder-Gliedes zugeführt. Der Ausgang des 16-Bit-Zwischenspeichers 29 ist mit einem zweiten Eingang des Exklusiv-Oder-Gliedes 30 und mit einem Speicher 31 verbunden. Der Ausgang des Exklusiv-Oder-Gliedes 30 ist mit einem Flip flop 32 verbunden. Die Ausgänge des Flip flop 32 und des Speichers 31 liegen an weiteren Eingängen des Und-Gliedes 28. Wenn der Bit-Zähler 27 bis sechzehn gezählt hat und zwei aufeinanderfolgende im Signal enthaltene Telegramme identisch waren, wir der Telegramminhalt an den Speicher 31 weitergegeben, und die im Telegramm enthaltene Zieladresse gelangt über das Und-Glied in eine Speicher- und Programmiereinheit 33.

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Die Speicher- und Programmiereinheit 33 ist so aufgebaut, daß in ihr die ankommenden Zieladressen den zugehörigen Richtungsanweisungen zugeordnet werden. Nach der Aufnahme einer Zieladresse wird über eine Verbindung vom Ausgang des Und-Gliedes 28 zu einem Eingang der Umsteuerschaltung 26 das Straßengerät von "Empfangen" auf "Senden" umgeschaltet.

Von der Speicher- und Programmiereinheit 33 wird eine zu einer Zieladresse gehörige Richtungsanweisung samt einer eventuell vorhandenen ! Zusatzinformation an einen Parallel-Serien-Wandler 34 weitergegeben, so daß in der Speicher- und Programmiereinheit 33 Platz für neue Anweisungen geschaffen wird, die vom zentralen Verkehrsrechner 13 über die Übertragungseinrichtung 12 empfangen werden. Als Übertragungsmittel zwischen der Übertragungseinrichtung 12 und dem zentralen Verkehrsrechner 13 können an Autobahnen schon vorhandene Telefonleitungen verwendet werden.

Das vom Parallel-Serien-Wandler 34 aufgenommene Anweisungstelegramm hat einen Umfang von acht bit und setzt sich wie folgt zusammen: zwei bit für eine Richtungsanweisung, ein Zusatzbit. Aus den acht Möglichkeiten dieser drei bit werden die Codierungen für Richtungsanweisungen ohne Zusatzanweisung und Richtungsanweisungen mit den Zusatzanweisungen "Ziel außerhalb", "Ziel erreicht" und "falsche Richtung" aufgebaut; ι zwei bit für eine empfohlene Geschwindigkeit, zwei bit für eine Straßenzustandsmeldung, ein bit noch nicht belegt.

Wie bereits erwähnt, sendet ein Straßengerät im "Ruhebetrieb", d.h. wenn kein Datenaustausch mit einem Fahrzeug stattfindet, laufend Anrufschritte mit dazwischenliegenden Empfangspausen, in denen ein Fahrzeug nach Empfang eines AnrufSchrittes antworten kann. Das Senden der

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Anrufschritte sowie das Senden von Anweisungstelegrammen wird durch die Zyklussteuerung 10 gesteuert. Sie besteht im wesentlichen aus der Anrufschrittaktschaltung 25, der Umsteuerschaltung 26, dem Parallel-Serien-Wandler 34, einem Codier-Zähler 35, einem Bit-Zähler 36 und einem Telegramm-Zähler 37.

Die Anrufschrittaktschaltung 25 sorgt dafür, daß während des Codierens eines Anrufschrittes der Sender 9 des Straßengerätes eingeschaltet bleibt und nach dem Senden kurzzeitig der Empfänger 8 eingeschaltet wird. Der Telegrammzähler 37 bewirkt, daß ein Telegramm, das aus einem Startschritt und der am Parallel-Serien-Wandler 34 anliegenden Anweisung besteht, dreimal gesendet wird.

Die acht bit der Anweisung liegen parallel am Parallel-Serien-Wandler an und werden dort über den Bit-Zähler 36 seriell abgefragt, und sie gelangen als Zustände "Low" oder "High" parallel an den Codierzähler Dieser nimmt die Umwandlung in die den Zuständen entsprechende Periodenzahl der Frequenzen f und f vor und wird dazu mit der gesendeten Frequenz gezählt. Nach Erreichen der für "Low" oder "High" notwendigen Perioden-Zahl f gibt der Codier-Zähler 35 ein Umschaltsignal an den zum Sender 9 gehörigen umschaltbaren Frequenzteiler 14 ab, so daß dann mit der Frequenz f weitergesendet wird.

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Am Ausgang des umschaltbaren Frequenzteilers 14 entstehen die eingangs erwähnten frequenzmodulierten Telegrammimpulse. Diese Rechteckschwingungen liegen an einem Eingang eines Und-Gliedes 38, dessen zweiter Eingang mit einem Ausgang der Umsteuerschaltung 26 verbunden ist. Der zweite Ausgang der Ums teuer schaltung 26 ist mit einem Eingang des Und-Gliedes 19 verbunden.

Vom Ausgang des Und-Gliedes 38 gelangen die Rechteckschwingungen in einen Wandler 39, wo sie in Sinusschwingungen umgeformt werden. Die Sinusschwingungen werden in einer Senderendstufe 40 verstärkt und über die Straßenschleife 7 an das Fahrzeug übertragen.

Es soll nun das Blockschaltbild des Fahrzeuggerätes erläutert werden, so weit es von dem des Straßengerätes abweicht.

Empfängt das Fahrzeuggerät einen Anrufschritt des Straßengerätes, so gelangt das von der Ferritantenne 6 aufgenommene Signal über bereits beim Straßengerät beschriebene Bauteile des Fahrzeugempfängers 1 bis zum Perioden-Zähler 22, dann in eine Anruf schritterkennungsschaltung 41. Von dort wird ein Signal auf einen Eingang eines Oder-Gliedes 42 gegeben, dessen Ausgang mit der Umsteuerschaltung 26 verbunden ist. Die Umsteuerschaltung 26 bewirkt ein Ausschalten des Empfängers 1 und ein gleichzeitiges Einschalten des Senders 2.

Wie schon erwähnt, ist am Adressenschalter 4 eine Zieladresse eingestellt, deren sechzehn bit am Parallel-Serien-Wandler 34 parallel anliegen. Wie beim Straßengerät das Anweisungstelegramm, wird nun vom Fahrzeuggerät ein Zieltelegramm gesendet, wobei sich die Zyklussteuerung des Fahrzeuggerätes von der des Straßengerätes lediglich dadurch unter-

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scheidet, daß ein Bit-Zähler 43 für sechzehn bit ausgelegt ist und daß der Ausgang des Telegramm-Zählers 37 direkt mit einem Eingang der Umsteuerschaltung 26 verbunden ist, so daß die Anrufschrittaktschaltung entfällt. Nach dem dreimaligen Senden eines Zieltelegramms sorgt der Telegramm-Zähler 37 dafür, daß über die Umsteuerschaltung 26 der Sender abgeschaltet und der Empfänger 1 eingeschaltet wird und mindestens für die Zeit zur Übertragung von drei Telegrammen, so daß ein Anweisungstelegramm des Straßengerätes empfangen werden kann.

Der Sender 2 des Fahrzeuggerätes ist mit dem Sender 9 des Straßengerätes identisch.

Empfängt nun das Fahrzeuggerät ein Anweisungstelegramm des Straßengerätes, das bekanntlich aus acht bit besteht und dreimal nacheinander gesendet wird, so gelangt das Telegramm in die Bit-Erkennungsschaltung 24, wo wieder die Information über die Zustände "Low" und "High" gewonnen wird.

Das Ausgangssignal der Bit-Erkennungsschaltung 24 wird bis zum Und-Glied 28 in der gleichen Weise ausgewertet, wie im Straßengerät, wobei nun lediglich ein für acht bit ausgelegter Bit-Zähler 44 und ein 8-Bit-Zwischenspeicher 45 sowie ein für acht bit ausgelegter Speicher 46 Verwendung finden.

Werden zwei aufeinanderfolgende Anweisungstelegramme als identisch erkannt, gelangt der Telegramminhalt über den Ausgang des Und-Gliedes 28 auf einem Anzeigefeld 47 optisch zur Anzeige. Enthält das Anweisungstelegramm zum Beispiel die Richtungsanweisung "links abbiegen" und die Zusatzanweisung "Nebel", so leuchten auf dem Anzeigefeld 47 der linke Richtungspfeil und die Schrift "Nebel" auf. Über einen Dreitongenerator 48 und einen Lautsprecher 49 wird die Ankunft eines Anweisungstelegramms akustisch angezeigt.

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Über eine Verbindung vom Ausgang des Und-Gliedes 28 zu einem zweiten Eingang des Oder-Gliedes 42 wird nach abgeschlossenem Empfang des Anweisungstelegramms mittels der Umsteuerschaltung 26 der Empfänger 1 des Fahrzeuggerätes abgeschaltet.

In der Regel bleiben die Anweisungen auf dem Anzeigefeld 47 so lange erhalten, bis ein erneuter Datenaustausch zwischen dem Fahrzeuggerät und einem anderen Straßengerät stattfindet. Das Anzeigefeld kann aber auch schon vorher von Hand aus gelöscht werden, indem mittels eines Schalters 50 das Anweisungstelegramm im Speicher 46 gelöscht wird.

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Nachdem die Blockschaltbilder des Straßengerätes und des Fahrzeuggerätes beschrieben worden sind, soll im folgenden die Schaltung zum Erzeugen und induktiven Übertragen von FM-Signalen beschrieben werden, die sowohl im Sender 2 des Fahrzeuggerätes als auch im Sender 9 des Straßengerätes zur Anwendung gelangt.

Der neue Sender besteht im wesentlichen aus folgenden Baugruppen: Oszillatorschaltung 51, erste Frequenzverdopplerschaltung 52, umschaltbarer Frequenzteiler 53, zweite Frequenzverdopplerschaltung 54, Wandler 55, Endstufe

In der Oszillatorschaltung 51, bei der dem Quarzoszillator 15 eine Parallelschaltung aus einem regelbaren Kondensator 57 und einem Festkondensator vorgeschaltet ist und bei der dem Quarzoszillator 15 ein erster Widerstand 59 parallel zu einem ersten Inverter 60, ein dritter Kondensator 61 und ein zweiter Widerstand 62 parallel zu einem zweiten Inverter 63 nachgeschaltet sind, wird ein digitales Taktsignal mit der Eigenfrequenz des Quarzoszillators 15 von 4,433 MHz erzeugt.

Das am Ausgang A der Oszillatorschaltung 51 anliegende Taktsignal wird zum einen über einen Inverter 64 einem Taktausgang B , zum anderen einem Eingang eines NAND-Gatters 65 zugeführt. An einem zweiten Eingang des NAND-Gatters 65 liegt ein über einen Eingang C herangeführtes Befehlssignal.

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Der Ausgang des NAND-Gatters 65 führt an die erste Frequenzverdopplerschaltung 52 und ist dort zum einen mit einem Eingang eines Inverters 66, zum anderen über einen ersten Kondensator 67 mit einem Eingang eines NOR-Gatters 68 verbunden. Dem ersten Kondensator 67 ist ein an Masse gelegter erster Widerstand 69 nachgeschaltet. Der Ausgang des Inverters ist über einen zweiten Kondensator 70 mit einem zweiten Eingang des NOR-Gatters 68 verbunden. Dem zweiten Kondensator 70 ist ein an Masse gelegter zweiter Widerstand 71 nachgeschaltet. Am Ausgang des NOR-Gatters 68, das gleichzeitig den Ausgang der ersten Frequenzverdopplerschaltung 52 bildet, liegt ein digitales Taktsignal von 8.866 MHz.

Das digitale Taktsignal von 8.866 MHz wird einem Zähleingang B eines 4-Bit-Binärzählers 72 vom Typ 7493 (siehe Siemens-Datenbuch 1974/75, Band I, Digitale Schaltungen MOS, Seite 178) zugeführt, der das Kernstück der Frequenzteilerschaltung 53 bildet.

Es ist anzumerken, daß im 4-Bit-Binärzähler 72 der Ausgang Q. nicht mit dem Zähleingang B verbunden ist, so daß der 4-Bit-Zähler 72 nur von null bis sieben zählt, also acht Perioden der Zählfrequenz registriert.

Je nachdem, ob an einem Eingang D ein Zustand L oder Zustand H eines Signals anliegt, teilt die Frequenzteilerschaltung 53 die Taktfrequenz von 8,866 MHz durch acht oder durch sechs. Dies geschieht auf folgende Weise: Die Ausgänge Q und Q des 4-Bit-Binär-Zählers 72 liegen an Üen Eingängen eines NAND-Gatters 73, der Ausgang Q am Eingang eines Inverters 74. Die Ausgänge des NAND-Gatters 73 und des Inverters 74 sind mit den Eingängen eines weiteren NAND-Gatters 75 verbunden.

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Durch diese logische Verknüpfung erscheint am Ausgang des NAND-Gatters für die Dezimalzahlen null bis zwei der Zustand L, für die Dezimalzahlen drei bis sieben der Zustand H. Wie noch gezeigt wird, wird der 4-Bit-Binär-Zähler 72 beim Teilen durch sechs durch den der Dezimalzahl sechs entsprechenden Zustand zurückgesetzt. Somit liegt am Ausgang des NAND-Gliedes 75 für die Dezimalzahlen null bis zwei der Zustand L und für die Dezimalzahlen drei bis fünf ddr Zustand H an. Dies bedeutet, daß die durch sechs geteilte Zählfrequenz von 8,866 MHz anliegt. Sie wird einem Eingang eines NAND-Gatters 76 zugeführt.

Am Zählerausgang Q , der bekanntlich von null bis drei den Zustand L und von vier bis sieben den Zustand H besitzt, kann die durch acht geteilte Zählfrequenz von 8,866 MHz direkt abgegriffen werden, und sie wird einem Eingang eines NAND-Gatters 77 zugeführt.

Die Zählerausgänge Q und Q liegen weiterhin an den Eingängen eines

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NAND-Gatters 78, dem ein Inverter 79 nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem ersten Rückstelleingang R₀- des 4-Bit-Binär-Zählers 72 verbunden ist.

Der Eingang D der Schaltung ist mit einem Eingang eines NAND-Gatters und über einen Inverter 81 mit einem Eingang eines NAND-Gatters 82 verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters 75 ist über einen Inverter 83 jeweils mit einem zweiten Eingang der NAND-Gatter' 80 und 82 verbunden. Die Ausgänge der NAND-Gatter 80 und 82 liegen an den Eingängen eines bistabilen Flip-Flop, das aus NAND-Gattern 84 und 85 aufgebaut ist. Der Ausgang des NAND-Gatters 84 ist mit einem Eingang des NAND-Gatters 76 und mit dem zweiten RucksteH-Eingang R„ des 4-Bit-Binär-Zählers 72 verbunden.

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Der Ausgang des NAND-Gatters 85 liegt an einem Eingang des NAND-Gatters

Nach dem Beschreiben der Schaltung soll nun die Funktionsweise der Frequenzteilerschaltung 53 erläutert werden. Es wird davon ausgegangen, daß am Eingang D und somit an einem Eingang des NAND-Gatters 80 der Zustand L vorliegt. Dieses bewirkt unabhängig vom Zustand des anderen Einganges am Ausgang des NAND-Gatters 80 einen Zustand H.

Der Zustand L am Eingang D bewirkt wegen des Inverters 81 einen Zustand H am ersten Eingang des NAND-Gatters 82. Da am Ausgang des NAND-Gatters von null bis zwei der Zustand L und von drei bis sieben der Zustand H vorherrscht, liegen wegen des Inverters 83 an den zweiten Eingängen der NAND-Gatter 80 und 82 von null bis zwei der Zustand H und von drei bis sieben der Zustand L.

Es werde davon ausgegangen, daß der Ausgang des NAND-Gatters 85 den Zustand H besitzt, so daß dieser Zustand auch am einen Eingang des NAND-Gatters liegt. Der Ausgang des zweiten NAND-Gatters 84 des Flip-Flop hat dann den Zustand L, so daß das NAND-Gatter 76 gesperrt ist. An seinem Ausgang liegt in diesem Fall der Zustand H.

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Somit gelangt die am ersten Eingang des NAND-Gatters 77 liegende durch acht geteilte Zählfrequenz über ein NAND-Gatter 86, dessen Eingänge mit den Ausgängen der NAND-Gatter 76 und 77 verbunden sind, in die zweite Frequenzverdopplerschaltung 54, und es wird in der Frequenzteilerschaltung 53 laufend durch acht geteilt.

Es wird nun der Fall betrachtet, bei dem der Schaltungseingang D und somit der eine Eingang des NAND-Gatters 80 den Zustand H annimmt. Da für die Dezimalzahlen null bis zwei auch der zweite Eingang des NAND-Gatters 80 den Zustand H besitzt, erscheint am Ausgang der Zustand L, der wiederum das bistabile Flip-Flop kippt, so daß am Ausgang des NAND-Gatters 84 der Zustand H auftritt, während der Ausgang des NAND-Gatters 85 den Zustand L annimmt und das NAND-Gatter 77 sperrt.

Es liegen nunmehr sowohl an einem Eingang des NAND-Gatters 76 als auch am zweiten Rückstelleingang R „ die Zustände H, so daß das am anderen Eingang des NAND-Gatters 76 liegende Signal über das NAND-Gatter 86 in die zweite Frequenzverdopplerschaltung 54 gelangt. Durch die logische Verknüpfung des 4-Bit-Zählers 72 mit dem NAND-Gatter 78 und dem Inverter nimmt der erste Rückstelleingang R . genau dann den Zustand H an, wenn sowohl der Zählerausgang Q als auch der Zählerausgang Q den Zustand H

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besitzt; dies ist bei der Dezimalzahl sechs der Fall. Da die Rückstelleingänge R und R₂ intern durch ein UND-Glied verknüpft sind, wird im vorliegenden Fall der 4-Bit-Binärzähler 72 bei der Dezimalzahl sechs zurückgesetzt, und es gelangt die durch sechs geteilte Zählfrequenz von 8,866 MHz in die zweite Frequenzverdopplerschaltung 54.

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Ein erneutes Erscheinen des Zustandes L am Eingang D bewirkt ein Umschalten des Teilungsverhältnisses auf acht.

Das Teilungsverhältnis darf in der Frequenzteilerschaltung 53 nur dann geändert werden, wenn gewährleistet ist, daß die Periodendauer nach der Tastung eine durch das Teilungsverhältnis vorgegebene Dauer hat. Dies ist stets in der Null-Stellung des Zählers der Fall.

Da die zweite Frequenzverdopplerschaltung 54 mit der ersten 52 identisch ist, braucht auf sie nicht näher eingegangen zu werden. Ihr Ausgang ist mit dem Zähleingang Ä' eines zweiten 4-Bit-Binärzählers 87 im Frequenzwandler 55 verbunden.

j Die beiden Frequenzverdopplerschaltungen 52, 54 werden verwendet, weil für die Auslegung der vorliegenden Schaltung die vierfache Taktfrequenz eines Farbträgerquarzes benötigt wird.

Da beim 4-Bit-Binärzähler 87 der Ausgang Q. mit dem zweiten Zähleingang B verbunden ist, kann der Zähler von null bis fünfzehn zählen. Die Ausgänge Q₁, und Q_ sind mit den Eingängen eines NAND-Gatters 88 verbunden, dessen Ausgang über einen Inverter 89 mit den Rückstelleingängen R_., R_„

j verbunden ist. Durch diese logische Verknüpfung wird der 4-Bit-Binärzähler

; bei der Binärzahl HLHL, die bekanntlich der Dezimalzahl zehn entspricht, i
zurückgesetzt.

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Die Ausgänge Q , Q , Q und Q sind über logische Verknüpfungsglieder 90 bis 108, die aus NAND- und NOR-Gattern bestehen, mit parallelgeschalteten Widerständen R. bis R_ verbunden. Die Widerstände R₁ bis R₁. liegen andererseits an einer Verbindungsleitung 109 zur Endstufe 56. Zwischen einer Spannungsquelle U von in diesem Beispiel 5 V und der Verbindungsleitung liegt ein weiterer Widerstand R,. Durch die Art der Beschaltung wirken die Verknüpfungsglieder 90 bis 108 wie ein Folgeschalter, der mit der Frequenz des Taktsignals am Zählereingang A jeweils einen der Widerstände R. bis R_

durchschaltet.

Durch die Beschaltung des 4-Bit-Binärzählers 87 mit NOR- und NAND-Gattern, wobei die Ausgänge füt den niedrigsten Zählerstand und für den höchsten Zählerstand an den Eingängen der dem Widerstand R vorgeschalteten NOR- bzw. NAND-Glieder liegen, die Ausgänge für den zweitniedrigsten Zählerstand und für den zweithöchsten Zählerstand an den Eingängen der dem Widerstand R„ vorgeschalteten NOR- bzw. NAND-Glieder liegen usw., wirkt die Schaltung wie ein Vorwärts-/Rückwärts-Zähler, der von null bis vier zählt, wobei die Zählerstellung vier doppelt bewertet wird.

Ist zum Beispiel der Widerstand R. durchgeschaltet, so gilt für die Spannung an der Verbindungslinie 109 U₁/IL, = R,/R, +R₁. In der nächsten Zählstufe

Id Io 1

ist R_n durchgeschaltet und es gilt U„/U_ = R./R.+R_o. In der fünften Zählstufe / ZdZd/

(Zählerstand vier) ist R_c durchgeschaltet und es gilt U_r/lL = R_/R,+R_. In

J -> B D D D

der sechsten Zählstufe ist ebenfalls R durchgeschaltet, in der siebten R, und in der zehnten R .

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Die Widerstände R. bis R₁. und R_fi sind so dimensioniert, daß die Spannungen U. (i = I...5) derart bis U₁. zunehmen und dann wieder bis U abnehmen, daß eine ansteigende und abfallende Treppenform entsteht, wobei die Hüllkurve der beiden Treppen eine halbe Periode einer Sinuskurve darstellt. Am Ausgang des Wandlers 55 liegt somit eine treppenförmige Spannung, wobei die Hüllkurve positive Halbwellen einer Sinusschwingung darstellt. Es wird also aus einem rein digitalen Signal am Ausgang des zweiten Frequenzverdopplers 54 ein bereits sinusähnliches Signal mit einer um den Faktor 10 heruntergeteilten Frequenz gewonnen.

Wegen der Verwendung von rein ohmschen Widerständen im Widerstandsnetzwerk des Wandlers'55 weist die Schaltung ein aperiodisches Verhalten auf, so daß keine Einschwingvorgänge beim Umtasten von einer Frequenz f zu einer

zweiten f auftreten,
u

Das über die Verbindungslinie 109 der Endstufe 56 zugeführte Ausgangssignal des Wandlers 55 wird in zwei als Emitterfolger geschalteten Transistoren 110, 111 verstärkt und dann an eine Mittenanzapfung der Primärwicklung eines Ausgangsübertragers gelegt. Die Primärwicklung besteht aus zwei Wicklungshälften 112, 113. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt jede der Wicklungshälften 112, 113 zwanzig Windungen.

Parallel zu den beiden Wicklungshälften 112, 113 liegt ein Parallelkreis aus einem Widerstand 114 und einem Kondensator 115. Die Wicklungshälfte 112 ist über einen Ausgangstransistor eines Leistungstreibers 116, die Wicklungshälfte 113 über einen Ausgangstransistor eines zweiten Leistungstreibers gegen Masse geschaltet. Die beiden Leistungstreiber 116, 117 gehören zu einem digitalen Baustein vom Typ 49700 (siehe Siemens-Datenbuch 1974/75, Band I, Digitale Schaltungen MOS, Seite 289), der aus zwei UND-Leistungs-

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treibern 116, 117 und zwei NAND-Gliedern 118, 119 mit je zwei Eingängen besteht.

An je einem Eingang der NAND-Glieder 118, 119 liegt das am Befehlseingang C vorhandene Signal, das dem NAND-Gatter 65 zugeführt wurde. Am zweiten Eingang des NAND-Gliedes 119. liegt das Ausgangssignal eines Flip-Flop 120, dessen Eingang mit dem Ausgang des NAND-Gatters 88 im Wandler 55 verbunden ist. Wie bereits erläutert wurde, liegt am Ausgang des NAND-Gatters 88 ein Rechtecksignal mit einer Frequenz, die gegenüber der des am Zähleingang A des 4-Bit-Binärzählers 87 anliegenden Signals durch den Faktor zehn geteilt ist. In eine Periode der am Ausgang des NAND-Gatters 88 und somit am Eingang des Flip-Flop 120 liegenden Frequenz fällt genau eine Halbperiode der über die Verbindungsleitung 109 der Endstufe 56 zugeführten treppenförmigen Spannung. Demzufolge fallen zwei Halbperioden der treppenförmigen Spannung in eine Periode des am Ausgang des Flip-Flop 120 liegenden Rechtecks ignals.

Das am Befehlseingang C liegende Signal hat in diesem Ausführungsbeispiel die Bedeutung Zustand H = "Sender ein" und entsprechend Zustand L = "Sender aus".

Es werde von einem Zustand H ausgegangen, der somit an je einem Eingang

der NAND-Glieder 118, 119 anliegt. Hat die Rechteckschwingung am Ausgang i
; des Flip-Flop 120 ebenfalls einen Zustand H, dann bewirkt das einen Zustand L am Ausgang des NAND-Gliedes 119 und somit am zweiten Eingang des NAND-Gliedes 118. Daraus resultiert ein Zustand H am Ausgang des NAND-Gliedes im Leistungstreiber 117 und der Ausgangstransistor wird leitend. Gleichfalls j resultiert ein Zustand H am Ausgang des NAND-Gliedes 118 und somit ein Zustand L am Ausgang des NAND-Gliedes im Leistungstreiber 116, so daß dessen Ausgangstransistor gesperrt ist. Eine Halbwelle der an der Mittenanzapfung zwischen den

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beiden Wicklungshälften 112, 113 anliegenden treppenförmigen Spannung bewirkt also einen Strom, der durch die Wicklungshälfte 113 gegen
Masse fließt.

Während der nachfolgenden Halbperiode der treppenförmigen Spannung besitzt die am Ausgang des Flip-Flop 120 stehende Rechteckschwingung den Zustand L, der in analoger Weise nun den zum Leistungstreiber 116 gehörenden Aus gangs trans is tor öffnet und den zum Leistungstreiber 117 gehörenden Ausgangstransistor sperrt. Während dieser Halbperiode der treppenförmigen Spannung fließt ein Strom über die Wicklungshälfte 112 nach Masse.

Mit Hilfe der Wicklungshälften 112, 113, der Ansteuerung über das Flip-Flop 120 und des digitalen Bausteins vom Typ 49700 wird die treppenförmige
Spannung mit einer Hüllkurve aus positiven Halbwellen in eine Spannung mit einer sinusförmigen Hüllkurve umgeformt.

Durch die Eigenkapazität des Ausgangsübertragers sowie die Parallelschaltung aus dem Widerstand 114 und dem Kondensator 115 wird eine Glättung der treppenförmigen Spannung erreicht, so daß eine reine Sinusschwingung zur Übertragung gelangt.

Durch die gewählte Art der Ansteuerung des Ausgangsübertragers mit dem Flip-Flop 120 und dem digitalen Baustein vom Typ 49700 wird zusätzlich erreicht, daß bei einem Zustand L am Befehlseingang C, d.h. bei einem Zustand
"Sender aus" beide Transistoren in den Leistungstreibern 116, 117 gesperrt sind, so daß Verluste durch ein Abfließen von Strömen verhindert werden.

In der vorliegenden Endstufe, die als Gegentaktendstufe arbeitet, kommt man mit nur einem analogen Verstärkerteil aus.

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Claims (17)

BLAUPUNKT-WERKE GMBH » ,,.l^h«=.*.. *,»**„<*.*,*.*» PLI/Schneider-st/tex - 23 - 8.4.1975 R.Nr. 1385 Patentansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen und induktiven Übertragen von FM-Signalen in einem elektronischen Zielführungssystem, wobei eine Oszillatorschaltung, ein Wandler und eine Endstufe verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Oszillatorschaltung (51) gewonnene Digitalsignale mit mindestens zwei Frequenzen dem Wandler (55) zugeführt werden, daß im Wandler (55) mittels logischer Bausteine (87 bis 108) und eines Widerstandsnetzwerkes (R bis R,) aus einer Gleichspannung eine treppenförmige periodische Spannung gewonnen wird, bei der die Hüllkurve von Halbperioden durch eine Sinusbetragsfunktion beschrieben wird und deren Frequenz von der Frequenz der zugeführten Digitalsignale abhängt, daß die treppenförmige periodische Spannung einem Ausgangsübertrager der Endstufe (56) zugeführt wird und daß vom Ausgangsübertrager ein Signal abgegeben wird, das eine Hüllkurve aufweist, die durch eine Sinusfunktion beschrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem vom Ausgangsübertrager abgegebenen Signal die Form einer Sinuskurve gegeben wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der treppenförmigen periodischen Spannung im Wandler (55) eine Form gegeben wird, bei der die Hüllkurve aus einer Sinuskurve besteht.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der treppenförmigen periodischen Spannung im Wandler (55) eine Form gegeben wird, die aus einer Sinuskurve besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer in der Oszillatorschaltung (51) erzeugten Taktfrequenz in einer zwischen Oszillatorschaltung (51) und Wandler (55) gelegten Frequenzteilerschaltung (53) Digitalsignale mit mindestens zwei Frequenzen gewonnen werden, daß die Frequenzen ein definiertes Teilungsverhältnis aufweisen und daß die Digitalsignale dem Wandler (55) zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein externes Steuersignal in der Frequenzteilerschaltung (53) von einem Digitalsignal mit einer oberen Frequenz zu einem Digitalsignal mit einer unteren Frequenz umgetastet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem externen Befehl in der Endstufe (56) gesteuert wird, wann ein Signal vom Ausgangsübertrager abgegeben wird.

8. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens, bei der einer Oszillatorschaltung eine Frequenzteilerschaltung,- ein Wandler und eine Endstufe nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (55) einen Zähler (87) enthält, der über digitale Bausteine (90 bis 108) mit parallelgeschalteten Widerständen (R. bis R₁.) in der Weise verbunden ist,

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daß mit Hilfe einer an einem Widerstand (R,) anliegenden Gleich-

spannung an einem ersten Ausgang des Wandlers (55) eine treppenförmige periodische Spannung erzeugt wird, deren Hüllkurve aus positiven Sinushalbwellen besteht und deren Frequenz von der Taktfrequenz des Zählers (87) hängt, daß die treppenförmige periodische Spannung über eine Ankoppelverstärkerschaltung (110, 111) einem Ausgangsübertrager zugeführt wird und daß sie mittels einer Ansteuerschaltung und eines Tiefpasses (114, 115) im Ausgangsübertrager einen sinusförmigen Strom erzeugt.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärseite des Ausgangsübertragers aus zwei Wicklungshälften (112, 113) besteht, zwischen denen die treppenförmige periodische Spannung anliegt, daß zwischen Wicklungshälften (112, 113) und Masse Treiberstufen (116, 117) geschaltet sind, die derart angesteuert werden, daß für die Dauer einer ersten Halbperiode der treppenförmigen Spannung ein Strom durch die erste Wicklungshälfte (112) fließt und für die Dauer der nachfolgenden Halbperiode ein Strom durch die zweite Wicklungshälfte (113) fließt.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufen (116, 117) aus UND-Leistungstreibern bestehen.

11. Schaltung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß den Treiberstufen (116, 117) je ein NAND-Glied (118, 119) vorgeschaltet ist, daß ein zweiter Ausgang des Wandlers (55), der ein digitales Signal mit einer Periode gleich einer Halbperiode der treppenförmigen Spannung führt, mit einem Flip-Flop (120) verbunden

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ist, dessen Ausgang an je einem Eingang der NAND-Glieder (118, 119) anliegt, während ein zweiter Eingang des NAND-Gliedes (119) mit einem Befehlseingang (C) verbunden ist und der Ausgang des NAND-Gliedes (119) an einem zweiten Eingang des NAND-Gliedes (118) anliegt.

12. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Wicklungshälften (112, 113) ein Tiefpaß aus einem Widerstand (114) und einem Kondensator (115) liegt.

13. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankoppelverstärkerschaltung aus als Emitterfolger geschalteten Transistoren (110, 111) besteht.

14. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteilerschaltung (53) einen Zähler (72), digitale Bausteine (73 bis 83, 86) und ein bistabiles Flip-Flop (84, 85) enthält, die in der Weise geschaltet sind, daß über einen Steuereingang (D) von einem Teilungsverhältnis in ein anderes umgetastet wird.

15. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Oszillatorschaltung (51) und Frequenzteilerschaltung (53) ein Frequenzverdoppler (52) geschaltet ist.

16. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Frequenzteilerschaltung (53) und Wandler (55) ein zweiter Frequenzverdoppler (54) geschaltet ist.

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17. Schaltung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Frequenzverdopplers (52) zum einen über einen Inverter (66) und einen ersten Kondensator (70) mit einem ersten Eingang eines NOR-Gliedes (68), zum anderen über einen zweiten Kondensator (67) mit einem zweiten Eingang des NOR-Gliedes (68) verbunden ist, daß dem ersten Kondensator ein erster gegen Masse geschalteter Widerstand (71) und dem zweiten Kondensator (67) ein zweiter gegen Masse geschalteter Widerstand (69) nachgeschaltet sind und daß der Ausgang des NOR-Gliedes (68) den Ausgang des Frequenzverdopplers (52) bildet.

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