DE2624173A1 - Signal-erkennungsschaltung - Google Patents
Signal-erkennungsschaltungInfo
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- H04Q1/45—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current with voice-band signalling frequencies using multi-frequency signalling
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Description
Aktenzeichen der Anmelderin; AT 974 002
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erkennen von Signalen, insbesondere von Tonfrequenzsignalen,
Beim Empfang von elektrischen Signalen ergibt sich oft die Notwendigkeit,
aus dem Amplitudenverlauf eines empfangenen Signales heraus zu erkennen, ob in dem empfangenen Signal ein Signal bekannten
Amplitudenverlaufes, d.h, bekannter Frequenz, enthalten ist.
Ein Beispiel hierfür sind die Mehrfrequenzcodeempfänger in der Fernsprechtechnik, die erkennen sollen, ob im empfangenen Signal
zwei bestimmte Frequenzen enthalten sind. Ein solcher zweimaleins-aus-vier
Code wird bekanntlich bei der Tastwahl in der Fernsprechtechnik verwendet.
Bekannte Empfänger zum Erkennen von bestimmten Frequenzen sind mit Hilfe der Analog-Technik aufgebaut. Sie enthalten zum Erkennen
der einzelnen Frequenzen Filter in genügender Anzahl, wobei die Ausgänge aller Filter kombiniert werden. Die Verwendung von Filtern
und insbesondere von Induktivitäten verursacht jedoch einen relativ großen Platzbedarf und hohe Materialkosten, Um außerdem
eine ausreichend hohe Genauigkeit dauernd zu gewährleisten, ist eine Nachstimmung der Filter von Zeit zu Zeit notwendig, was
bei Bandfiltern oder Bandsperren sehr zeitaufwendig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signal-Erkennungs-
schaltung anzugeben, die durch Anwendung einer digitalen Technik
die Nachteile der Analogtechnik vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Hauptanspruches beschriebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Verwendung von teuren In
duktivitäten mit hohem Platzbedarf vermieden werden kann. Durch die Verwendung von digitalen Mitteln wird eine hohe und stabile
Genauigkeit erzielt. Ferner wird erfindungsgemäß eine Vereinfachung dadurch erzielt, daß keine Erkennung von einzelnen
Frequenzen durchgeführt wird, sondern ein resultierendes Mehrfrequenzsignal
f z«B, Zweifrequenzsignal, erkannt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachfolgend anhand der
Zeichnung beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform
einer Signal-Erkennungsschaltung,
Fig. 2 den Amplitudenverlauf eines zu analysierenden
Analogsignales (2A) ; die digitale Codierung dieses Analogsignales (2B) und den Taktpulszug
der zur Steuerung des in Fig. 1 gezeigten Schieberegisters, das im Vergleicher enthalten
ist, verwendet wird (2C),
Fig. 3 einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung
in ausführlicherer Form,
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Fig, 4 eine andere Ausführungsform des Vergleichers der
Signal-Erkennungsschaltung und
Fig. 5 ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signal-Erkennungsschaltung
mit dem in Fig. 4 gezeigten Vergleicher.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Signal-Erkennungsschaltung.
Mit der Einrichtung sollen elektrische Signale festgestellt und identifiziert werden, die bestimmte Eigenschaften
haben, wobei diese Signale mit den bekannten Eigenschaften in einer Gruppe von Signalen mit unbekannten Eigenschaften enthalten
sind. Das von der Signalquelle 15 empfangene Signal kann im allgemeinen
ein beliebiges Kommunikationssignal darstellen. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung besteht dann, wenn es sich bei
der Signalquelle 15 um einen Fernsprech-Tastwahlapparat oder ein ähnliches Gerät handelt, das Mehrfrequenzcodesignale aussendet.
Die Signal-Erkennungsschaltung hat hierbei die Aufgabe zu erkennen, ob im empfangenen Signal zwei bestimmte Tonfrequenzen
enthalten sind.
Den Amplitudenverlauf eines Analogsignales 16, das sich aus zwei Frequenzen zusammensetzt und nach dem verwendeten Code eine der
Ziffern 0-9 darstellt, zeigt Fig. 2A. Jede der vom Tastwahl ausgesendeten
Ziffern ist also durch eine bestimmte charakteristische Kurvenform dargestellt. Mit der Signal-Erkennungsschaltung wird j
die Anwesenheit solcher Töne festgestellt, '
In Fig. 1 ist eine Signal-Erkennungsschaltung 1 gezeigt, die einen
Analog-Digitalumsetzer 20 enthält, der aus dem empfangenen Analogsignal eine digitale Darstellung erzeugt. Der Ausgang des A/D-Umsetzers
ist mit dem Eingang eines Vergleichers 21 verbunden, der jedesmal dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das an seinen Eingang
angelegte Digitalsignal einem vorbestimmten Signal entspricht,
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das für ein Mehrfrequenzcodesignal charakteristisch ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 21 wird von einem Abtaster 22
abgetastet, der während eines vorbestimmten Zeitintervalls das Erscheinen einer vorbestimmten Mindestanzahl von Ausgangsimpulsen
vom Vergleicher 21 innerhalb dieser Zeitperiode feststellt. Die wiederholte Feststellung ergibt eine höhere Sicherheit
des festgestellten positiven Vergleichs. Ein Tonanzeiger 23 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn vom Abtaster die vorbestimmte
Mindestanzahl von Impulsen gezählt wurde und gibt damit die Anwesenheit der zu erkennenden Tastwahlziffer an. Das Ausgangssignal
vom Tonanzeiger 23 steuert eine Einrichtung 24, die z,B, eine Vermittlungseinrichtung sein kann, welche die ausgesendeten
Mehrfrequenzcodewahlziffern verwendet,
Das von der Signalquelle 15 empfangene Signal wird nicht nur der Schaltung 1 sondern auch ähnlichen Schaltungen 2t 3, ,,,N zugeführt,
die im wesentlichen gleich aufgebaut sind wie die Schaltung 1, jedoch jeweils einen anderen Vergleicher 21 enthalten,
der auf die jeweils zu erkennende Tonfrequenzkombination eingestellt ist. Im Falle einer Verwendung der erfindungsgemäßen Signal-Erkennungsschaltung
zum Empfang von Zweifrequenzcodesignalen in einer Fernsprechanlage müßten also 10 Erkennungsschaltungen,
wie z,B, 1, parallel vorgesehen werden.
Die nachfolgende Beschreibung der Signal-Erkennungsschaltung 1
gilt im wesentlichen also auch für die übrigen Schaltungen 2 bis N. In Fig. 3 ist gezeigt, wie das empfangene Signal an den Eingang
A des A/D-Umsetzers 20 angelegt wird. Am Ausgang B des Umsetzers 20 wird ein digitales Signal erhalten, das eindeutig das empfangene
Analogsignal angibt. Unter allen bekannten A/D-Umsetzern sind im vorliegenden Falle die Umsetzer am besten geeignet, die die Nulldurchgänge
des empfangenen Signales erfassen. Hierzu kann z.B. ein Operationsverstärker verwendet werden, der ein Rechtecksignal
abgibt, dessen Amplitude hoch (H) ist (+1)f wenn das Analogsignal
positiv anwächst, und niedrig (L) ist (0), wenn das Analogsignal
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negativ abfällt. Z.B. ergibt sich für das in Fig. 2A gezeigte
Analogsignal 16 am Ausgang B des Umsetzers 20 ein Signal 30,
dessen Verlauf in Fig. 2B dargestellt ist und die positiven und negativen Amplitudenwerte erfaßt.
Wenn von der Schaltung 1 ein Tonsignal der Form 16 erkannt werden
soll, wird der Vergleicher 21 intern so eingestellt, daß er
einen Erkennungsimpuls an seinem Ausgang C liefert f wenn das
Muster der Digitalsignale vom Umsetzer 2O mit äem Digitalsignal
3O von Fig. 2B übereinstimmt. Die Vergleicher 21 in den anderen Erkennungsschaltungen 2 bis Έ wurden dann intern entsprechend
anders eingestellt werden und Digitalsignale erkennenr die aus
anderen Frequenzen zusammengesetzt sind und daher einen anderen Verlauf der Hulldurchgänge haben.
Aus Fig. 2B ist ersichtlichr daß der Teil des digitalen Signales
3O, der einen kompletten Zyklus des Tonsignales 16 darstellt, in
gleiche Zeitintervalle 1/FS unterteilt werden kann, dief wie nachfolgend
beschrieben wird,,, die Abtastrate dieses digitalen Signales
darstellen. Diese Zeitsegraente können mit "1™ oder nOa angegeben
werden r entsprechend dem hohen oder niedrigen Wert ant Ausgang B
des Umsetzers 20 zu dem betreffenden Zeitpunkt. Zusätzlich kann ein Wert "X" eingeführt werden F der bestimmten verzerrten Segmenten
des empfangenen Signales zugeteilt wird. Beginnend mit dem Zeitpunkt t = O (Beginn eines Zyklus des Signales TS) kann
das digitale Signal 3O definiert werden durch folgende "Maske":
X1111XOO1X.
Der Vergleicher 21 enthält digitale Schaltungen, welche diese
Maske angeben g d.h. simulieren.
In einer bevorzugten Äusführungsfornt enthält der in Fig, 3 gezeigte
Vergleicher ein Schieberegister 7O mit einer Vielzahl von verbundenen JK Flipflops 5O bis 59, die von dein in Fig. 2C gezeigten
Taktimpulszug mit der Taktgeschwindigkeit FS getaktet werden. Die Ausgänge der Flipflops (Q oder Ql werden mit den
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Eingingen eines ÖHD-Gliedes SO verbunden, das somit; ein "Erkennungssignal1*
an seinem Ausgang C abgibt, wenn das im Schieberegister
gespeicherte Digitalsignal gleich ist dem Digitalmuster, .
d.h. der Maske des Signales 30.
Jeder der Stufen des Schieberegisters 7O wird ein Wert zugeteilt
(OJF 1 ader Xj „ der dem Signal entspricht, das an seinem Ausgang Q
erzeugt würde t wenn das im Register gespeicherte Digitalsignal der
oben angegebenen Maske Xi 1 1 1 X O O 1 X des Signales 3O entsprechen
würde. Da das Digitalsignal 3O seriell in das Schieberegister 7O eingelesen wird, wobei es mit jedem Taktimpuls eine
Stufe verschoben wird, ergibt sich ein Zustand des Schieberegisters von links nach rechts, angegeben von XiOOXI 111X, der
somit umgekehrt zu der Maske des Signales 3O verläuft.
Zur Erkennung einer digitalen Maske werden die Stufen des Schieberegisters
entweder mit ihrem Ausgang Q oder mit dem Komplementärausgang Q mit einem Eingang des DND-Gliedes 6O verbunden. Die
Stufen r, die den neutralen Zustand X (don*t care) erkennen sollen f
werden mit keinem Eingang des ÖND-Gliedes verbunden.
Die Anzahl der Stufen des Schieberegisters und die Abtastgeschwindigkeit
FS werden so gewählt, daß zumindest ein vollständiger Zyklus des Signales 16 im Schieberegister gespeichert werden kann.
Für den Fall, daß von der Signalquelle 15 Zweifrequenzcodezeichen ausgesandt werden, sind diese beiden Frequenzen zueinander nicht
harmonisch, d.h. sie haben keinen gemeinsamen Teiler, Die Periode des empfangenen Signales wäre dann eine Sekunde. Wenn eine dieser
langen Zeitperiode entsprechende Anzahl Stufen nicht vorgesehen werden soll, kann auch eine Maske für ein simuliertes Zweifrequenzsignal
mit einer kürzeren Periode vorgesehen werden, wobei dieses simulierte Signal Jedoch eindeutig kennzeichnend für das tatsächliche
Tonsignal ist. Beispielsweise kann für die tatsächlichen Werte der beiden Frequenzen von 77O Hz und 1209 Hz eine Maske
angegeben werden für ein simuliertes Signal mit den beiden Fre-
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guenzen 770 Hz und 1210 Hz. Der Amplitudenverlauf für dieses simulierte Signal würde sich 110 mal pro Sekunde, d.h. mit
einer Periode von 9,09 ms wiederholen. Das Schieberegister und die Abtastgeschwindigkeit würden dann entsprechend dieser verkürzten
Periode ausgelegt werden.
Das UND-Glied 60 gibt also jedesmal einen Impuls ab, wenn das
empfangene Digitalsignal gleich ist dem im Schieberegister als Maske gespeicherten Signal. Dieser Erkennungsimpuls wird von
der Abtastschaltung 22 erkannt. Die Abtastschaltung 22 überprüft also, ob das Tonsignal 16 tatsächlich vorhanden ist und ob der
Erkennungsimpuls vom Vergleicher 21 nicht auf Störsignale zurückzuführen ist. Eine Störunterdrückung kann dabei dadurch erzielt
werden, daß das Signal 16 während einer größeren Anzahl von Brücken anwesend ist und daß deshalb vom Vergleicher 21 aufeinanderfolgend
mehrere Erkennungsimpulse erzeugt würden.
Zur Durchführung dieser Störunterdrückung ist der Ausgang des UND-Gliedes 60 nicht nur mit dem Einstelleingang S einer Kippschaltung
66, sondern auch mit dem Eingang eines Zählers 65 verbunden, dessen Ausgang mit dem Rückstelleingang R der Kippschaltung
66 verbunden ist. Das erste Erkennungssignal vom Vergleicher
21 setzt nicht nur die Kippschaltung 66, welche danach ein Signal an ihrem Ausgang Q erzeugt, sondern stellt auch den
Zähler 65 zurück, der somit die aufeinanderfolgenden Erkennungsimpulse zählt. Der Zähler 65 kann von einer Taktquelle 72 gesteuert
werden. Wenn während eines vorgegebenen Zeitintervalls eine minimale Anzahl von Erkennungsimpulsen nicht vom Vergleicher
21 an den Zähler 65 geliefert wurden, stellt der Zähler 65 die Kippschaltung 66 zurück, die somit sodann an ihrem Komplementärausgang
Q ein Signal erzeugt.
Die beiden Ausgänge der Kippschaltung 66 sind jeweils mit einem Eingang eines UND-Gliedes 67 und 68 verbunden, wobei die beiden
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anderen Eingänge dieser UND-Glieder mit dem Ausgang der Taktquelle
72 verbunden sind. Der Ausgang des UND-Gliedes 67 ist mit dem Zähleingang eines Zählers 69 und der Ausgang des UND-Gliedes 68
mit dem Rückstelleingang dieses Zählers verbunden. Wenn also mehr als das vorgegebene Minimum von Erkennungsimpulsen von der
UND-Schaltung 60 während des vorgegebenen Zeitintervalles abgegeben werden, wird durch die vom UND-Glied 67 an den Zähler 69
gelieferten Impulse ein Ausgangssignal am Ausgang der Tore dieses Zählers erzeugt, das angibt und bestätigt, daß das gewünschte
Tonsignal empfangen worden war. Das vorgegebene Zeitintervall wird
dabei durch die Taktquelle 72 bestimmt.
Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung verwendet für jede der Erkennungsschaltungen
1 bis N einen Vergleicher 21f der in Fig, 3
gezeigten Art, Die Masken aller dieser Vergleicher, d.h, die Verbindungen, die von den Stufen der betreffenden Schieberegister
zu den Eingängen der UND-Glieder 60 geschaltet werden, sind also in jedem Falle verschieden,
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Vergleichers ( der
in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Dieser Vergleicher 21a weist ein einziges Schieberegister 70
mit einer geeigneten Anzahl von Stufen 50 bis 59 und einer Vielzahl von UND-Gliedern 60a ( 60b f ... 6Oe auf. Die Eingänge
dieser UND-Glieder sind auf geeignete Weise mit den Ausgängen der Stufen des Schieberegisters zur Erzeugung von verschiedenen
Masken verbunden. Bei Verwendung von fünf UND-Gliedern können also fünf Tonsignale erkannt werden. In dieser Ausführungsform
ist also nur die Verwendung eines einzigen Schieberegisters 70 notwendig. Die weitere Verwendung der Ausgangssignale der einzelnen
UND-Glieder 60 ist in Fig. 5 gezeigt. Bei N zu erkennenden Signalen brauchen also nur die Abtaster 22 und die Tonanzeiger
23 N-fach vorgesehen werden, während der Umsetzer 20 und der
Vergleicher 21 nur einmal vorgesehen werden muß.
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Claims (10)
1. ' Schaltungsanordnung zum Erkennen von Analogsignalen, insbesondere
von Tonfrequenzsignalen, gekennzeichnet durch einen Umsetzer (20) zum Umsetzen der empfangenen Analogsignale
in Digitalsignale, durch einen Vergleicher (21) zum Vergleich dieser Digitalsignale mit gespeicherten
Digitalsignalen, die charakteristisch sind für die zu erkennenden Analogsignale und durch einen Zähler (65) zum
Zählen der vom Vergleicher (21) gelieferten Vergleichssignale während eines vorgegebenen Zeitintervalls.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abtasteinrichtung (22) zum Abtasten der
Vergleichssignale, die ein Erkennungssignal nur abgibt, wenn während des vorgegebenen ZeitIntervalls zumindest
eine vorgegebene Anzahl von Vergleichssignalen abgegeben wurde.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das vorgegebene Zeitintervall gleich ist dem kleinsten gemeinsamen ganzzahligen Vielfachen der einzelnen Tonfrequenzperioden
des zu erkennenden Signales,
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Umsetzer (20) die Nulldurchgänge des empfangenen Analogsignals feststellt und für die positiven Amplitudenwerte des empfangenen Signales (16, Fig. 2A) zu bestimmten
Abtastzeitpunkten (Pig. 2C) einen ersten binären Wert (1) und für die negativen Werte einen zweiten binären Wert (0)
abgibt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (21) ein Schieberegister (70) aufweist,
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dessen einzelne Stufen (50 bis 59) wahre (Q) und komplementäre (Q) Ausgänge aufweisen, die je nach Digitalwert des
zu erkennenden Signales mit den Eingängen eines UND-Gliedes (60) verbunden sind, an dessen Ausgang das Vergleichsresultat (C) erhalten wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich ein indifferenter Digitalwert (X) vorgesehen ist, wobei keiner der Ausgänge der Schieberegisterstufen,
die zur Erkennung dieses Wertes vorgesehen sind (z.B. 50), mit einem Eingang des UND-Gliedes (60)
verbunden ist,
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 f dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erkennung einer Vielzahl von Tonfrequenzen für jedes zu erkennende Tonfrequenzsignal eine Erkennungsschaltung (1 bis N, Fig. 1) vorgesehen ist.
8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 7 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für alle zu erkennende Signale ein
einziges Schieberegister vorgesehen ist (Fig. 5), wobei eine der Anzahl zu erkennender Signale gleiche Anzahl
UND-Glieder (60a bis 6Oe, Fig« 4) vorgesehen ist, deren Eingänge auf eine die betreffenden zu erkennenden Signale
charakterisierende Weise mit den Ausgängen der Schieberegisterstufen (50 bis 59) verbunden sind,
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
die Erkennung von Zweifrequenzcode-Tastwahlzeichen in einer Fernsprechanlage.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (20) die positive oder negative
Steilheit des Amplitudenverlaufes des empfangenen Analogsignales feststellt.
at 974 002 6 Ü 9 8 8 3 / 1 0 9 7
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