DE69316880T2 - Numerische Verstärkungsregelung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Digitalschaltung zum Steuern der Verstärkung einer Verstärkerstufe. Eine solche Schaltung ist z.B. aus der US-A-5 134 631 bekannt.
• Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltung zum Verhindern von Verzerrungsphänomenen aufgrund von Abkappung, d.h. aufgrund der dynamischen Sättigung eines Verstärkers, in einem Empfangssignal für in digitaler Form vorliegende Sprachsignale.
• Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, digitale Telefonanlagen, die an integrierte digitale Dienstnetzwerke angekoppelt sind, und die nachfolgende Beschreibung nimint lediglich aus Gründen der Vereinfachung auf dieses Anwendungsgebiet Bezug.
• Bei diesem Typ von Kommunikationsnetzwerken werden analoge Sprachsignale durch Abtastung in digitale Signale umgesetzt. Das digitale Signal, welches z.B. mit acht Bits codiert sein kann, enthält Information sowohl über die Amplitude (Bits 7-1) als auch das Vorzeichen (Bit 0) des abgetasteten Analogsignais.
• Eine digitale Telefonanlage mittelhoher Stufe und zur Verwendung von PCM-Teclinik erfordert n Verstärker, die einen Lautsprecher mit ausreichender Leistung treiben können, um ein Hören "im Raum" noch in einer Entfernung von einigen Metern vom Telefongerät zu ermöglichen.
• Im allgemeinen sind sämtliche im Signalweg enthaltenen digitalen analogen Schaltungen so ausgelegt, daß sie den Lautsprecher mit größtmöglicher Leistung bei niedriger Verzerrung (z.B. ( 0,2 %) speisen, wenn ein Signal mit maximaler Amplitude eingegeben wird.
• Allerdings ist es unwahrscheinlich, daß ein Sprachsignal über eine gewisse Zeit hinweg einen Pegel annimmt und behält, welcher der maximalen in Frage kommenden Amplitude entspricht.
• Hieraus folgt, daß der Pegel eines üblichen Telefongesprächs sich als niedrig erweist, selbst wenn am angerufenen Gerät die größte Lautstärke eingestellt ist.
• Wenn andererseits sowohl die digitalen als auch die analogen Schaltungen in dem Signalweg so ausgelegt sind, daß maximale Ausgangsleistung mit geringer Verzerrung bei mittlerem Pegel des Eingangssignals geliefert wird, wobei es dem Teilnehmer überlassen bleibt, eine geringere Klanglautstärke auszuwählen, so läßt sich ein ausreichend starker Pegel flir das Telefongespräch auch bei in Betrieb befindlichem Lautsprecher erreichen.
• Allerdings trifft man bei dem oben angesprochenen Eingangssignal mit mittlerem Pegel auf Verzerrungsprobleme aufgrund von Abkappung.
• Daher sollte der Kanal mit einer Anti-Abkappungsschaltung ausgestattet sein, die bedarfsgerecht maximale Ausgangsleistung und niedrige Verzerrung bietet.
• Um diesem Bedarf gerecht zu werden, enthalten Vorschläge aus dem Stand der Technik Verfahren vom Analog-Typ und vom Gemischt- Analog-Digital-Typ, welche beide umfangreichen Gebrauch von externen Komponenten machen.
• Allerdings bedingen diese Verfahren hohe Leistungsaufnahme und erhöhte Kosten.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkungssteuerschaltung flir eine Verstärkerstufe zu schaffen, die vollständig digitalisiert ist und solche baulichen und funktionellen Merkmale aufweist, daß das Auftreten von Signalverzerrungsphänomenen aufgrund dynamischer Sättigung der Verstärkerstufe des Empfangskanals verhindert wird.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Vermeidung von Verzerrungsphänomenen auch dann, wenn die Verstärkerstufe mit voller Leistung betrieben wird.
• Die vorliegende Erfindung ist durch den beigefügten unabhängigen Anspruch definiert, wobei vorteilhafte Ausführungsforrnen in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
• Die Merkmale und Vorteil einer erfindungsgemäßen Schaltung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die beispielhaft und ohne Beschrähkung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung geliefert wird, wobei die einzige Figur der Zeichnung schematisch eine Verstärkerstufe als Ausführungsforrn der Erfindung für einen Empfangskanal eines digital codierten Signals zeigt.
• Die digitale Steuerschaltung enthält gemäß dem Diagramm zwei Hauptblöcke: einen digitalen Spitzendetektor 2 und eine Verstärkungssteuerstufe 3.
• Der digitale Spitzendetektor enthält einen Digitalkomparator 5, der an einen Auf-/Ab-Zähler 4 gekoppelt ist, welcher seinerseits zwei Eingänge für die Aufwärts- bzw. Abwärts-Zählauswahl aufweist und an die beiden Ausgänge des Digitalkomparators über zwei UND-Gatter 14 angeschlossen ist.
• Zwei weitere Eingänge der UND-Gatter empfangen zwei Taktsignale, die mit SCHNELLER TAKT und LANGSAMER TAKT bezeichnet sind.
• Die Ausgänge des Digitalkomparators geben zueinander komplementäre Signale ab.
• An die beiden Eingänge des Digitalkomparators werden angelegt: das nach einem Digitalverfahren gleichgerichtete digitale Eingangssignal und der Ausgang des Auf-/Ab-Zählers.
• Die Taktsignale 18, nämlich SCHNELLER TAKT und LANGSAMER TAKT, werden von einem Teilerpaar geliefert, wobei einer dieser Teiler über ein Speicherregister programmierbar ist, und beide Teiler als Eingangssignal ein gemeinsames Taktsignal HAUPTTAKT empfangen.
• Die Verstärkungssteuerstufe 3 enthält einen Digitalkomparator 6 mit zwei Eingängen, die an den Ausgang des Auf-/Ab-Zählers 4 in dem ersten Block bzw. an dem Ausgang eines Festspeichers 8 angeschlossen sind.
• Dieser Komparator besitzt zwei Ausgänge für zueinander komplementäre Signale, welche über zwei UND-Gatter 13, die jeweils an einem Eingang ein Taktsignal empfangen, an zwei Zähl-Auswahleingänge eines Auf-/Ab-Zählers 7 angeschlossen sind.
• Der Zählerausgang ist an einen ersten Eingang eines digitalen Addierers 9 angeschlossen. Ein zweiter Eingang dieses Addierers ist an ein Speicherregister 11 angeschlossen, und sein Ausgang ist an die Adressenauswahleingänge des Festspeichers und an einen Verstärkungssteuereingang der Verstärkerstufe angeschlossen.
• Änderungen der Verstärkung der Verstärkerstufe sind in für den Fachmann bekannter Weise mit Hilfe elektronischer Schalter erzielbar, die sich in dem Gegenkopplungsnetzwerk der Verstärkerstufe befinden. Die Arbeitsweise der digitalen Steuerschaltung gemäß der Erfindung wird im folgenden beschrieben, wobei ein wesentliches Merkmal der Schaltung darin liegt, daß ihre Eingangsseite an den Empfangskanaleingang angeschlossen ist.
• Ein mit acht Bits DR (7-0) codiertes digitales Signal wird dadurch "gleichgerichtet", daß lediglich sein Vorzeichenbit entfernt wird. Die verbleibenden sieben Bits DR (7-1) werden in den digitalen Spitzendetektor 7 eingegeben.
• Wenn das gleichgerichtete digitale Eingangssignal DR (7-1) größer oder gleich dem Ausgangssignal CR (7-1) des Auf-/Ab-Zählers ist, welches an dem anderen Komparatoreingang ansteht, so wird der Aufwärts-Zähl- Auswahleingang des Auf-/Ab-Zählers über das daran angeschlossene logische UND-Gatter freigegeben, und der Zähler erhöht seinen Zählerstand ziemlich schnell, bis CR (7-1) den gleichen Wert erreicht wie das digitale Eingangssignal DR (7-1).
• Wenn hingegen das digitale Eingangssignal DR (7-1) kleiner ist als das am anderen Komparatoreingang anstehende Signal, so wird der Zähler veranlaßt, seinen Inhalt sehr langsam zu verringern.
• Die Geschwindigkeiten für das Aufwärts- und das Abwärtszählen, durch die tatsächlich die "Aufwärts"- und "Abwärts"-Zeitkonstanten des Spitzendetektors bestimmt werden, lassen sich dadurch variieren, daß man über programmierbare Teile lediglich unterschiedliche Divisoren für ein Systemtaktsignal auswählt, welches in der Zeichnung mit HAUPTTAKT bezeichnet ist.
• In der bevorzugten Ausführungsform haben wir die Wahl so getroffen, daß die Aufwärts-Zähl-Geschwindigkeit fixiert ist und vier unterschiedliche Optionen für die Abwärts-Zähl-Geschwindigkeit verfügbar sind.
• Der Ausgang des digitalen Spitzendetektors ist an die Verstärkungssteuerstufe 3 angeschlossen, die einen Digitalcode AT (3- 0) aus im vorliegenden Beispiel vier Bits erzeugt, welcher die Wirkung hat, über eine geeignete, nicht dargestellte Decodierschaltung eine gewisse Anzahl elektronischer Schalter anzusteuern, die sich in dem Gegenrückkopplungsnetzwerk der Verstärkerstufe befinden, um auf diese Weise die Stufenverstärkung einzustellen.
• Das Digitalsignal CR (7-1) wird von dem Komparator 6 mit den Inhalten der Festspeicherzelle 8 verglichen, deren Adresse durch das Signal AT (3-0) vorgegeben wird.
• Jene Inhalte repräsentieren den maximal zulässigen Spitzenwert, wenn die Verstärkung des Endverstärkers der Verstärkungseinstellung gleicht, die durch den Digitalcode AT (3-0) bestimmt wird.
• Der Code AT (3-0) wird dadurch erhalten, daß das Ausgangssignal von dem Auf-/Ab-Zähler 7 mit der Bezeichnung AC (3-0) in der Zeichnung addiert wird auf den Code mit der Bezeichnung AL (3-0), der der Lautstärkeeinstellung entspricht, die von dem Teilnehmer über das Register 11 vorgenommen wird.
• Die Ausgangssignale des Komparators 6 steuern den Auf-/Ab-Zähler 7, um dessen Inhalte zu verringern, wenn der Spitzenwert des Eingangssignals den maximal zulässigen Wert übersteigt, um dadurch das Abkappen zu verrneiden, indem die Verstärkung des Verstärkers verringert wird, während seine Inhalte erhöht werden, wenn der Spitzenwert des Eingangssignals unterhalb des Schwellenwerts liegt.
• Die Verwendung eines weiteren Registers 12, das an die Eingänge des ROM angeschlossen ist, errnöglicht die Auswahl eines Schwellenwerts für den Betrieb der Anti-Abkappungs-Schaltung aus einem vorbestimmten Wertbereich.
• Die erfindungsgemäße Schaltung löst also das technische Problem und führt zu einer Reihe von Vorteilen, von denen der erste darin besteht, daß eine Verstärkungssteuerschaltung für eine Verstärkerstufe geschaffen werden kann, die vollständig digital ist und folglich einfach monolitisch zu integrieren ist, ohne daß auf irgendwelche externen Komponenten zurückgegriffen werden müßte.
• Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der einem digitalen Verfahren innewohnenden verbesserten Flexibilität gegenüber analogen Verfahren, wodurch eine gewünschte Einstellung durch entsprechende Programmierung erfolgen kann, entweder durch den Teilnehmer selbst oder durch den Hersteller der Telefonanlage.
• Man erkennt, daß zahlreiche Modifizierungen, Anpassungen, Integrationen, Änderungen und Austauschungen der Elemente durch ihre Äquivalente bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich sind, wobei letzteres lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel ist, ohne daß von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abgewichen wird.

Claims (10)

1. Digitalschaltung zum Steuern der Verstärkung einer Verstärkerstufe eines ein kodiertes Signal empfangenen Kanals (1), der mindestens einen Signaleingangsanschluß, mindestens einen Verstärkungssteueranschluß der Verstärkerstufe (FA) und mindestens einen Ausgangsanschluß zur Ankopplung an ein elektroakustisches Bauelement aufweist, umfassend:

- einen digitalen Spitzendetektor (2), der an den Eingangsanschluß des empfangenen Kanals über eine Codesignal-Gleichrichterschaltung angeschlossen ist, und

- eine Verstärkungssteuerstufe (3) mit einem ersten Digitalkomparator (6),

dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Komparator mindestens einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß aufweist, die an einen Ausgangsanschluß des Spitzendetektors bzw. einen Speicher (8), der von vorbestimmten Verstärkungssteuerwerten abhängige, codierte Spitzenwerte enthält, angeschlossen sind, und mindestens einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß aufweist, die an einen ersten und einen zweiten Zählauswahl-Eingangsanschluß eines ersten Auf-/Ab-Zählers (7) über ein erstes bzw. ein zweites logisches UND-Gatter (13) angeschlossen sind, von denen jedes mit einem Eingangsanschluß an einen ersten Taktsignalgeber (18) angeschlossen ist, wobei der erste Zähler mindestens einen Ausgangsanschluß aufweist, der an mindestens einen Adressenauswahl-Eingangsanschluß des Speichers und an den Verstärkungssteueranschluß der Verstärkerstufe angeschlossen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Komparator komplementäre Signale ausgibt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Spitzendetektor einen zweiten Digitalkomparator (5) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß aufweist, die mit einem ersten bzw. einem zweiten Zählauswahl- Eingangsanschluß eines zweiten Auf-/Ab-Zählers (4) über ein drittes bzw. ein viertes logisches UND-Gatter (14) verbunden sind, die jeweils mit einem Eingangsanschluß an einen zweiten bzw. einen dritten Taktsignalgeber (16, 17) angeschlossen sind, wobei der zweite Digitalkomparator mindestens einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß aufweist, die mit der Codesignal- Gleichrichterschaltung bzw. einem Ausgangsanschluß des zweiten Auf-/Ab-Zählers verbunden sind.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Komparator komplementäre Signale ausgibt.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte Geber, die an den zweiten Auf-/Ab- Zähler (4) gekoppelt sind, Taktsignale mit voneinander verschiedenen Frequenzen erzeugen.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktsignalgeber (17), der an den flir die Aufwärtsignal- Auswahl (AUF) reservierten Eingangsanschluß des zweiten Auf/Ab-Zählers (4) gekoppelt ist, Taktsignale mit einer höheren Frequenz als die der Taktsignale erzeugt, die von dem Geber (18) erzeugt werden, der an den für die Abwärtszähl-Auswahl reservierten Eingangsanschluß gekoppelt ist.

7. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer (16) der Taktsignalgeber von einer Programmierschaltungseinrichtung (15) getrieben wird.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte Taktsignalgeber Teiler sind, die ein Primär-Taktsignal verarbeiten.

9. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Auf-/Ab-Zähler und dem Speicher ein digitaler Addierer (9) geschaltet ist, der mindestens einen Ausgangsanschluß aufweist, der an mindestens einen Adressenauswahl-Eingangsanschluß des Speichers und an den Verstärkungssteueranschluß der Verstärkerstufe gekoppelt ist, und der mindestens zwei Eingangsanschlüsse aufweist, die an mindestens einen Ausgangsanschluß des Zählers und an ein Speicherregister (11) für codierte Lautstärken-Werte angeschlossen ist.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Adressenauswahleingänge des ROM an ein Speicherregister (12) für codierte Verzerrungs-Schwellenwerte angeschlossen sind.