DE2632379A1 - Regelschaltung zum konstanthalten der amplitude eines signals - Google Patents

Description

Zur Konstanthaltung der Amplitude der empfangenen Signale dient eine automatische Verstärkungsregelung. Bei vielen bekannten Schaltungen zur automatischen Verstärkungsregelung gibt es ein kontinuierlich übertragenes Signal, das oft einen Träger besitzt, dessen Amplitude überwacht und benutzt werden kann, um automatisch den Verstärkungsgrad eines Verstärkers zu regeln und dadurch die Amplitude des empfangenen Signals für die Bearbeitung konstantzuhalten. In Fällen, wo die Signale aperiodisch sind oder wo starke Geräusche in den empfangenen Signalen vorhanden sind, insbesondere wo die empfangenen Signale in der Form aperiodischer Energiestöße vorliegen, ist es verhältnismäßig schwierig, einen stabilen Bezugspunkt zu erhalten, der benutzt werden kann, um die Amplitude des empfangenen Signals zu überwachen und sie auf einen konstanten Wert einzuregeln.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verstärkungsreglungen für Impulse zu beheben und insbesondere eine verbesserte Schaltung für aperiodische Ein-gangsimpulse zu schaffen.

Ausgehend von einer Regelschaltung zum Konstanthalten der Amplitude eines aufgrund eines übertragenen Energiestoßes empfangenen Signals, das über einen Verstärker geleitet wird, dessen Verstärkungsgrad durch ein Verstärkungsregelsignal änderbar ist, ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine Integrationsvorrichtung, die anspricht, wenn das verstärkte Signal eine vorbestimmte Amplitude übersteigt, um den Verstärkungsgrad herabzusetzen, bis entweder das verstärkte Signal die vorbestimmte Amplitude unterschreitet oder eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, je nach dem welche Bedingung zuerst eintritt.

Vorzugsweise ist eine Verriegelungsschaltung vorgesehen, die ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das empfangene Signal eine vorbestimmte Amplitude übersteigt, und ein damit verbundener Integrator, der das Verstärkungsregelsignal erzeugt, um den Verstärkungsgrad des Verstärkers beim Vorhandensein des Aus-

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gangssignals abnehmen und beim Fehlen des Ausgangssignals zunehmen zu lassen.

Günstig ist es ferner, wenn der Verriegelungsschaltung ein Sperrsignal zuführbar ist, das auf die Sendezeit des Energiestoßes bezogen ist. Dies verhindert es wenigstens während der Sendezeit des EnergieStoßes, daß das Eingangssignal die Verriegelungsschaltung beeinflußt. Das Sperrsignal kann durch einen Impuls oder eine Impulslücke gebildet sein.

Auf diese Weise läßt der Integrator den Verstärkungsgrad des Verstärkers automatisch abnehmen, wenn dies durch irgendeinen empfangenen Impuls angezeigt ist, erlaubt aber ein Anwachsen des Verstärkungsgrads zu jeder anderen Zeit. Durch diese Art der Verstärkungsregelung unter Verwendung eines Integrators, der kontinuierlich aufwärts oder abwärts integriert, sucht das System dauernd einen Pegel, bei dem die Hüllkurve des Signals sich zu beiden Seiten der vorbestimmten Amplitude verändert, wodurch eine konstante- Amplitude des empfangenen Impulses aufrechterhalten wird. Dieses Aufsuchen des Pegels geschieht unabhängig von Störgeräuschen und anderen unerwünschten Signalen öder aperiodischen Signalen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Blockdiagramm eine erfindungsgemäße Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung und

Fig. 2 ein Schematisches Schaltbild zur Durchführung der Vergleichs-, Verriegelungs- und Integrations-Funktionen der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein typisches System, in welchem sowohl periodische als auch aperiodische Energiestöße abgegeben werden können. Diese Energiestöße werden mittels eines Senders 10 übertragen, der entweder elektromagnetische Energie abstrahlen kann, wie ein Radarsender, oder Ultraschallenergie, wie es bei Echolot-Vorrichtungen und Ultraschall-Strömungs-Messungen der Fall ist. In jedem Fall

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gibt der Sender ein elektrisches Signal an einen Wandler oder eine Antenne 12, so daß das Signal in elektromagnetische Energie oder Ultraschallenergie umgewandelt und über einen gestrichelt dargestellten Pfad 14 übertragen wird. Diese Energie kann durch einen Raum direkt auf einen Empfangswandler 16 übertragen werden oder sie kann von irgendeiner nicht veranschaulichten Vorrichtung reflektiert und dann vom Empfangswandler 16 aufgenommen werden. In jedem Fall werden die empfangenen Energiestöße durch die Empfangsantenne oder den Empfangswandler in elektrische Energie umgewandelt und dann zur Verstärkung über einen Verstärker 18 üblicher Bauart mit veränderlichem Verstärkungsgrad geleitet. Der Verstärkungsgrad wird in Abhängigkeit von einem Regelsignal geändert, das über eine Leitung 20 zugeführt wird. Die verstärkten Stöße, die durch die Wellenform 22 dargestellt sind j werden vom Verstärker 18 über einen Zweistellungsschalter 23 entweder zu einem Hüllkurvendetektor 24 oder direkt zu einer Vergleichs- und Verriegelungsschaltung 32 geleitet: sie können zusätzlich zu einer geeigneten Verwertungsschaltung^ beispielsweise der Meßschaltung eines Ultraschall-Strömungsmessers geleitet werden. Der Hüllkurvendetektor 24 richtet das Stoß- oder Impulssignal 22 im Vollweg gleich, so daß sich eine Reihe von in diesem Fall als negativ dargestellten Impulsen 26 ergibt. Der Detektor 24 umfaßt auch einen Tiefpaßfilter 28, der die Hochfrequenzkomponenten von der Wellenform 26 entfernt, so daß sich eine Hüllkurven-Wellenform 30 ergibt.

Die negative Hüllkurven-Wellenform 30 wird einer Vergleichsund Verriegelungsschaltung 32 alge führt, die, wenn sie nicht durch einen Sperrimpuls vom Sender 10 gesperrt ist, einen Ausgangsimpuls 34 abgibt, der an einen Integrator 36 gelegt wird. Der Verriegelungsteil der Schaltung kann durch eine einfache logische Schaltung gebildet sein, die einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn die Amplitude der Wellenform 38 einen -vorbestimmten Pegel überschreitet, wie noch erläutert wird. Beim Vorhandensein des Impulses 34 integriert der Integrator in einem positiven Sinn aufwärts, um ein Regel-

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signal für den Verstärker 18 zu erzeugen, welches den Verstärkungsgrad herabsetzt. Umgekehrt integriert der Integrator beim Fehlen des Impulses 34 in einem negativen Sinn abwärts, wodurch der Verstärkungsgrad des Verstärkers 18 erhöht wird. Die Arbeitsweise der Vergleichs-und Verriegelungsschaltung 32 ist derart, daß der Impuls 34 beginnt, wenn die Hüllkurven-Wellenform 30 eine vorbestimmte negative Amplitude, welche durch die gestrichelte Linie 38 dargestellt ist, überschreitet. Der Impuls 34 bleibt bestehen, bis die Hüllkurven-Wellenform 30 auf einen kleineren Wert als den negativen Grenzwert 38 abnimmt oder bis der Sperrimpuls endet, je nach dem welches Ereignis zuerst eintritt. Dies kann mittels einer üblichen logischen Schaltung oder vorzugsweise unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Schaltung geschehen.

Auf diese Weise sucht die automatische Verstärkungsregelung kontinuierlich, auch beim Vorhandensein des aperiodischen Impulses, einen gewissen Pegel 40 der Steuerspannung, der verursacht, daß der Verstärker 18 Ausgangsimpulse mit konstanter Amplitude abgibt. Dieses Suchen durch den Integrator geschieht in der einen Richtung dadurch, daß der Verstärkongsgrad immerzu erhöht wird. Dies setzt sich fort, auch wenn Impulse empfangen werden, bis ein Impuls mit einer Hüllkurve auftritt, deren Amplitude den vorbestimmten Pegel 38 etwas überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt integriert der durch den logischen Impuls 34 betätigte Integrator in der entgegengesetzten Richtung, so daß der Verstärkungsgrad vermindert wird. Diese abwechselnde Aufwärts-Abwärts-Integration setzt sich fort, so daß man eine Regelung einer Durchschnittsbasis über einen langen Zeitraum erhält, um die Amplitude des empfangenen Signals konstant zu halten.

Der Vergleicher wird durch ein Sperr- oder Schutz-Eingangssignal 42 unwirksam gemacht.. Er kann daher nur außerhalb derjenigen Zeit ansprechen, an denen ein Sperrimpuls übertragen wird. Dies verhindert eine Überlastung des Vergleichers während der aktiven Sendezeit. Der Sperrimpuls regelt die zeitliche Dauer des Impulses

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34. Die Pulsdauer ist die kürzere der beiden Zeiten, in der die Wellenform 30 erneut kleiner wird als der Pegel 38 oder der Sperrimpuls 43 endet.

Wenn der Schalter 23 so geschaltet ist, daß der Detektor 24 überbrückt wird, ergibt sich eine Abhängigkeit der automatischen Verstärkungsregelung von den Spitzenwerten der Impulswellenform 22 und nicht von den Durchschnittswerten, wie es der Fall ist, wenn der Detektor 24 eingeschaltet ist.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 können Vergleichs- und Verriegelungsschaltung mittels integrierter Schaltkreil|i 5£ fI|.2 wird das vom Tiefpaßfilter kommende Eingangssignal, also die Hüllkurven-Wellenform 30, an die Eingangsklemme 50 gelegt. Dies ist vorzugsweise ein Stromeingang, der über einen Widerstand 52 an den invertierenden Eingang eines Vergleichers 54 gelegt wird. Dieser Vergleicher kann irgendein geeigneter integrierter Schaltkreis, beispielsweise MC1414L oder SN72514N sein, der mit Selbstverriegelung arbeitet. Um dies zu erreichen, wird der Ausgang über eine vorwärts leitende Diode 56 mit dem nicht invertierenden Eingang und dieser über einen Widerstand 58 mit Masse verbunden. Dem Vergleicher 54 wird ein Sperr- oder Schutzsignal vom Sender 10 über die Klemme 60 zugeführt. In gleicher Weise ist der invertierende Eingang über eine vorwärtsleitende Diode 62 mit Hasse verbunden.

Der Ausgang des Vergleichers 54 ist über eine integrierende Reihenschaltung aus Widerstand 64 und Kondensator 65 mit Masse verbunden. Am Kondensator ist der nicht invertierende Eingang eines Operationsverstärkers 66, beispielsweise vom Typ 301A, angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 66 ist über einen Kondensator 68 mit dem invertierenden Eingang und dieser über einen Widerstand 70 mit Masse verbunden, um ihn gegen Schwingungen zu stabilisieren. An den Ausgang ist ein Widerstand 74 angeschlossen, um das Verstärkungsregelsignal zu erzeugen, das dem Verstärker 18 (Fig. 1) zugeführt wird,

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Im Betrieb bildet der Integrationswiderstand 64 eine Belastung für die vorangehende Schaltung derart, daß der Vergleicher einen Stromeingang hat und daher der Verstärker 66 die Integrationsfunktion durchführen kann. Dieser Vergleicher, der mit Selbstverriegelung arbeitet, empfängt Sperr- oder. Schutzsignale an der Klemme 60, die den Ausgang des Vergleichers unabhängig vom Eingang auf einen niedrigen logischen Wert zwingen. Wenn der Ausgang niedrig liegt, wird dem Belastungswiderstand 58 für den nicht invertierenden Eingang keine Spannung zugeführt.

Wenn jedoch das eintreffende Signal (Wellenform 30 oder 22) negativ anwächst, bis die Amplitude oberhalb des vorbestimmten Pegels 38 (Fig. 1) liegt, ändert der Vergleicher seinen Zustand, wobei am Ausgang ein hoher logischer Wert auftritt, der mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden ist. Hierdurch wird der Vergleicher solange auf dem logisch hohen Zustand gehalten, als der Pegel am invertierenden Eingang kleiner ist als der Pegel am nicht invertierenden Eingang und solange das Sperrsignal in einem logisch hohen Zustand verbleibt. Um sicherzustellen, daß diese Bedingung herrscht und da ungewünschte Abweichungen entgegengesetzter Polarität, in diesem Fall positive Abweichungen, des Eingangssignals die Schaltung nicht zurücksetzen, ist die Diode 62 mit Masse verbunden. Auf diese Weise ist die höchste positive Spannungsabweichung am invertierenden Eingang durch das Potential der Vorwärtsdiode festgelegt, beispielsweise auf 0,7 V.

Der Vergleicher bleibt im verriegelten Zustand und gibt einen Ausgangsimpuls 34 ab oder bleibt im logisch hohen Zustand, bis er durch den nächsten logischen niedrigen Zustand des Schutzoder Sperrsignals 42 des Senders zurückgestellt wird. Jeglicher ί Versuch, die Verriegelung durch negative Eingangssignale zu lösen, haben während dieser niedrigen Periode des Sperxignals keine Wirkung. Wenn die Verriegelung gelöst wird, weil die Verstärkung des Verstärkers 18 (Fig. 1) zu hoch wird, ergibt sich ein positiver Impuls 34. Der Integrator 66 wird gezwungen, in positiver oder Aufwärtsrichtung zu integrieren,

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wodurch der Verstärkungsgrad abnimmt.

Wenn auf der anderen Seite der Eingangswert des !Comparators keine genügende Größe hat, um die Verriegelung zu lösen, herrscht der logisch niedrige Wert, etwa -0,4 V in der veranschaulichten Schaltung, vor. Der Integrator 66 integriert in negativer oder Abwärtsrichtung, wodurch der Verstärkungsgrad des Verstärkers 18 anwächst. Wenn andere Arten der Verriegelungsschaltungen ohne negative Spannung benutzt werden, wird an den Widerstand 70 eine positive Spannung statt Masse angelegt.

Dieses kontinuierliche Verfahren des Einsteilens des Verstärkungsgrads des Verstärkers hält die Amplitude des Signals 22 am Ausgang des Verstärkers konstant unabhängig von Uhgenauigkeiten in den Signalübertragungspfaden, in der Signalübertragungsschaltung, in der Sender- oder Empfängerschaltung bis zum Verstärker und einschließlich des Verstärkers. Der Verstärkungsgrad wird kontinuierlich zwischen den Impulsen justiert, um eine verhältnismäßig konstante Signalamplitude aufrechtzuerhalten. Der Sperrimpuls vom Sender verhindert, daß die Schaltung außerhalb der gewünschten Zeiträume anspricht, in denen der empfangene Impuls auftritt oder erwartet wird. Außerdem bestimmt der Sperrimpuls die maximale Zeitdauer des Impulses Durch Einstellung dieser Zeitdauer kann die Arbeitsweise der automatischen Verstärkungsregelung ebenfalls justiert werden. Die Schaltung 1st insbesondere für aperiodische Impulse geeignet.

Insgesamt wird daher die Verstärkung von periodischen oder aperiodischen Impulsen dadurch geändert, daß die Hüllkurve der empfangenen Impulse festgestellt und die sich ergebende Hüllkurven-Wellenform einer Verriegelungs- und Vergleicher-Schaltung zugeführt wird, die, wenn sie dazu befähigt wird, einen Ausgangsimpuls abgibt, sooft die Eingangswellenform eine Amplitude hat, welche einen vorbestimmten Wert übersteigt. Ein sn_ den Ausgang des Verglfr1.cfr»rg

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Integrator arbeitet kontinuierlich und erhöht oder vermindert den Verstärkungsgrad des Verstärkers in Abhängigkeit vom Fehlen oder vom Vorhandensein des Vergleicher-Ausgangsimpulses. Auf diese Weise wird die Amplitude der Signale oder Impulse automatisch und unabhängig von Variationen in der Schaltung und der Übertragungsstrecke geregelt.

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Leerseite

Claims (7)

1. Patentansprüche

   Μ .j Regelschaltung zum Konstanthalten der Amplitude eines auf-"""" grund eines gesendeten Energiestoßes empfangenen Signals, das über einen Verstärker geleitet wird, dessen Verstärkungsgrad durch ein Verstärkungsregelsignal änderbar ist, gekennzeichnet durch eine Integrationsvorrichtung, die anspricht, wenn das verstärkte Signal eine vorbestimmte Amplitude übersteigt, um den Verstärkungsgrad herabzusetzen, bis entweder das verstärkte Signal die vorbestimmte Amplitude unterschreitet oder eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, je nach dem welche Bedingung zuerst eintritt.
2. 2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsvorrichtung eine Verriegelungsschaltung, die ein Ausgangsimpuls abgibt, wenn das Signal die vorbestimmte Amplitude überschreitet, und einen Integrator aufweist, der ein Verstärkungsregelsignal erzeugt, das den Verstärkungsgrad mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit beim Vorhandensein des Ausgangsimpulses abnehmen und beim Fehlen des Ausgangsimpulses zunehmen läßt.
3. 3. Regelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsschaltung ein Sperrsignal zuführbar ist, das zumindest während des Sendens des EnergieStoßes den Ausgangsimpuls unterbindet, so daß der Integrator den Verstärkungsgrad des Verstärkers während des Sendens zunehmen läßt.
4. 4. Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsschaltung durch einen Vergleicher gebildet wird, der einen invertierenden Eingang zur Aufnahme des ; empfangenen Signals und einen nicht-invertierenden, mit dem Vergleicherausgang verbundenen Eingang aufweist, wobei der Vergleicher solange verriegelt bleibt und den Ausgangs- j impuls abgibt als der Absolutwert des Signals am inver- j tierenden Ein^an&jjrößer.Ast_als_ der Absolutwert aea j

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   Signals am nicht-invertierenden Eingang.
5. 5. Regelschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang über eine nur in einer Richtung leitende Anordnung im vorwärts leitenden Sinn mit einem ein Bezugspotential führenden Punkt verbunden ist, um ein Entriegeln des Vergleichers zu verhindern.
6. 6. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrsignal den Ausgangsimpuls beendet, so daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers erneut zunimmt.
7. 7. Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesendeten bzw. übertragenen Energiestöße aperiodisch verlaufen.

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