Verfahren zur Anpassung eines Entscheidungspegels bei der Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal und digitaler Empfänger Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei der Um- wandlung eines analogen Signals in ein Digitalsignal, und einen digitalen Empfänger, die insbesondere für ein optisches oder induktives Datenübertragungssystems geeignet sind, bei dem ein analoges Datensignal übertragen wird, das mindestens zwei verschiedene logi- sche Zustände annehmen kann, die sich in ihren Pegeln unterscheiden.

Aus der EP 0 540 359 A2 ist ein digitaler Detektor für ein vierpegeliges pulsamplitudenmo- duliertes (4PAM) Signal bekannt, der zur Unterscheidung der vier Pegel eine Logikschaltung mit drei Entscheidungspegeln aufweist, die er einerseits an den Ausgangspegel einer ihm vorgeschalteten Empfangsschaltung und andererseits fortlaufend an schwankende Übertra- gungsbedingungen anpaßt. Der dazu verwendete Algorithmus ist nicht offenbart. Das 4PAM- Signal wird durch einen A/D-Wandler digitalisiert, wobei die Pegel des 4PAM-Signals inner- halb des Konvertierungsbereichs des A/D-Wandlers liegen müssen, damit kein Überlauf auftritt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches Verfahren anzugeben, mit dem Entscheidungspegel für die Umwandlung eines analogen Datensignals in ein Digitalsignal während der Datenübertragung an schwankende Signalpegel angepaßt werden können, sowie einen digitalen Empfänger zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es ohne voreingestellte Werte für die logischen Pegel arbeitet. Allerdings sind als Startbedingung bestimmte Pegel- differenzen zwischen den einzelnen Pegeln vorgegeben, und auch ein erster logischer Zu- stand, den das Datensignal zu Beginn der Datenübertragung darstellt. Ein zweiter logischer Zustand wird daran erkannt, daß sich der Pegel des analogen Signals um mehr als die Pe- geldifferenz ändert. Aus den Pegeln der beiden logischen Zustände wird ein Entschei- dungspegel berechnet, der zwischen diesen Pegeln liegt. Nachdem die Pegel des ersten und zweiten logischen Zustands und der Entscheidungspegel bestimmt sind, werden diese Pegel fortlaufend an die schwankenden Übertragungsbedingungen angepaßt.

Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im digitalen Emp- fänger das analoge Datensignal mehrmals innerhalb einer Bitzeit abgetastet und ein logi- scher Pegel aus dem Mittelwert der während einer Bitzeit gewonnenen Abtastwerte gebildet.

Zu Beginn der Datenübertragung wird der zweite logische Zustand daran erkannt, daß sich zwei aufeinanderfolgende Mittelwerte von Abtastwerten um mehr als die Pegeldifferenz un- terscheiden. Der Entscheidungspegel wird dann aus den Pegeln des ersten und zweiten logischen Zustands berechnet, die durch Mittelwertbildung bestimmt sind. Danach erfolgt die fortlaufende Anpassung der Pegel anhand der fortlaufend aus den Abtastwerten bestimmten Mittelwerte.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitender digitaler Empfänger braucht nicht auf den Pegel der jeweiligen Übertragungsstrecke eingestellt zu werden, da er sich selbsttä- tig anpaßt. Er weist beispielsweise einen A/D-Wandler auf, der das analoge Datensignal fortlaufend abtastet und digitalisiert, sowie ein Rechenwerk zur Berechnung von Entschei- dungspegeln und mehrere Register zur Speicherung von digitalisierten Abtastwerten und Entscheidungspegeln bzw. Pegeldifferenzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst für den Fall beschrieben, bei dem im ana- logen Datensignal nur zwei logische Pegel, nämlich HIGH und LOW, erkannt und unter- schieden werden müssen, und daher auch nur ein Entscheidungspegel vorhanden ist, der während der Datenübertragung angepaßt werden muß. Es wird davon ausgegangen, daß während der Datenübertragung kein Pegel außerhalb des A/D-Bereichs auftritt.

Die als Startbedingung vorgegebene Pegeldifferenz zwischen dem LOW-und HIGH-Pegel wird nachfolgend mit dU bezeichnet, und der logische Zustand des Datensignals soll zu Be- ginn der Datenübertragung HIGH sein, dem der HIGH-Pegel UHIGH entspricht.

In einem ersten Schritt wird der erste Abtastwert U als UHIGH gespeichert, und ein Entschei- dungspegel E = UHIGH-dU berechnet und gespeichert.

Dann wird in einem zweiten Schritt der zweite Abtastwert U mit dem gespeicherten Ent- scheidungspegel E verglichen. Ist der zweite Abtastwert U größer oder gleich dem gespei- cherten Entscheidungspegel E, dann wird der zweite Abtastwert U als UHIGH gespeichert und es wird ein neuer Entscheidungspegel E = UHIGH-dU berechnet und gespeichert. Sind auch die folgenden Abtastwerte U größer oder gleich dem jeweils zuletzt gespeicherten Entschei- dungspegel E, werden die Abtastwerte als UHIGH gespeichert und jeweils der entsprechende neue Entscheidungspegel E = UHIGH-dU berechnet und gespeichert. Ist jedoch entweder der zweite oder einer der folgenden Abtastwerte U kleiner als der gespeicherte Entschei- dungspegel E, dann wird der neue Abtastwert U als ULOW gespeichert, und es wird ein neuer Entscheidungspegel E ='/2 (UHIGH + Slow) berechnet und gespeichert.

In allen folgenden Schritten wird der nächste Abtastwert U mit dem zuletzt gespeicherten Entscheidungspegel E verglichen und, wenn er größer oder gleich dem zuletzt gespeicher- ten Entscheidungspegel E ist, als UHIGH gespeichert, ansonsten aber als ULow gespeichert. In beiden Fällen wird ein neuer Entscheidungspegel E ='/2 (UHIGH + Slow) berechnet und ge- speichert.

Der oben beschriebene Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der einzigen Figur dargestellt, wobei unter dem ersten Wert U bzw. nächsten Wert U entweder Abtastwerte oder Mittelwerte von Abtastwerten zu verstehen sind.

Wenn als Startbedingung der logische Zustand des Datensignals zu Beginn der Datenüber- tragung nicht wie beschrieben HIGH sondern LOW sein soll, dem dann der LOW-Pegel ULOW entspricht, wird im ersten Schritt der erste Abtastwert U als ULOW gespeichert, und der Ent- scheidungspegel E = U, Ow + dU berechnet und gespeichert. Die folgenden Schritte ändern sich in naheliegender Weise entsprechend.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Anpassung von Entscheidungspegeln bei der Umwandlung eines analogen Signals mit mehr als zwei Pegeln in ein Digitalsignal geeignet.

Erfolgt die Datenübertragung beispielsweise mit einem dreipegeligen Analogsignal, wird man als Startbedingung vorteilhafterweise den mittleren logischen Pegel wähien, und zwei Pegel- differenzen dU'und dU"festlegen, mit denen ausgehend vom mittleren logischen Pegel zwei Entscheidungspegel E'und E"berechnet werden, die zwischen dem mittleren und dem obe- ren bzw. unteren logischen Pegel liegen.

Als Kriterium für die Übertragungsqualität kann die Differenz zwischen dem HIGH-Pegel und dem LOW-Pegel berechnet und angezeigt werden. Eine betragsmäßig große Differenz weist auf eine hohe Übertragungssicherheit hin und umgekehrt. Ferner weist bei einer optischen Übertragungsstrecke ein sich im Laufe der Zeit gegenüber einem Referenzpegel verändern- der Entscheidungspegel auf eine zunehmende Verschmutzung des optischen Sende- und/oder Empfangselements hin, die ebenfalls angezeigt werden kann.