<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Abtastung eines Eingangssignals, das ein Bezugs- intervall und ein ein abzutastendes Charakteristikum enthaltendes Signalintervall enthält, mit einem Verstärker, der einen Signaleingang und einen Signalausgang aufweist, einer Signalverarbei- tungsschaltung, einer mit dem Signaleingang des Verstärkers gekoppelten Klemmschaltung, einer Quel- le für eine Bezugsintervallkomponente, die zeitmässig mit dem Bezugsintervall des Eingangssignals übereinstimmt, und einer mit dem Verstärkerausgang, der Klemmschaltung und der Signalverarbei- tungsschaltung gekoppelten Schalteranordnung, die in Abhängigkeit von der Bezugsintervallkompo- nente den Verstärkerausgang über einen Gegenkopplungszweig an den Verstärkereingang koppelt.
In Signalverarbeitungssystemen, wie einem Fernsehempfänger zur Verarbeitung eines Fernseh- signalgemisches, müssen in durch das System verarbeitenden Signalen enthaltene Informationen abgetastet werden. Häufig ist eine erhebliche Verstärkung beim Abtastprozess notwendig, damit man einen Informationsabtastwert erhält, dessen Pegel genügend hoch ist, um wirkungsvoll von den
Schaltungen verarbeitet zu werden, die für die Verarbeitung des Informationsabtastwertes vorgese- hen sind. Dieses Erfordernis liegt beispielsweise bei einem System zur automatischen Regelung der
Bildröhrenvorspannung eines Farbfernsehempfängers auf der Hand, wie er in der US-PS
Nr. 4, 277, 788 beschrieben ist.
Bei diesem System muss die (veränderliche) Amplitude eines kleinen
Impulses von wenigen Millivolt Spitzenamplitude (von Spitze zu Spitze gemessen) zur Erzeugung eines Regelsignals abgetastet werden, welches die Bildröhrenvorspannung automatisch über einen Bereich von mehreren Volt regeln kann.
Die Notwendigkeit, ein Signal niedrigen Pegels beim Abtastprozess zu verstärken, erfordert, dass Offset-Spannungen, die beim Abtastprozess auftreten, auf einem Minimum gehalten werden und dass die Offset-Werte nicht zusammen mit der abgetasteten Information verstärkt werden. Andernfalls können die Offset-Spannungen den Ausgangsinformationsabtastwert verfälschen oder überdek- ken. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltung zur Abtastung eines Eingangssignals zu schaffen, die einen vorhersagbaren, auf einen Bezugswert bezogenen Ausgangsabtastwert liefert, in dem Ausgangsfehler, die durch Abtast-Offset-Werte entstehen können, erheblich herabgesetzt sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltungen sollen jegliche Abtast-Offset-Fehler, welche vorhanden sein mögen, nicht beim Abtastprozess verstärkt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Quelle auch eine Signalintervallkomponente erzeugt, die zeitmässig mit dem Signalintervall übereinstimmt, und dass die mit der Quelle gekoppelte Schalteranordnung an der Quelle auch die Signalintervallkomponente empfängt und in Abhängigkeit von der Bezugsintervallkomponente und der Signalintervallkomponente den Verstärkerausgang während des Bezugsintervalls von der Signalverarbeitungsschaltung abkoppelt und während des Signalintervalls den Gegenkopplungszweig abschaltet und den Verstärkerausgang an die Signalverarbeitungsschaltung koppelt.
In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Farbfernsehempfängers, welcher die erfindungsgemässe Schaltung enthält ; Fig. 2 ein Teilschaltbild aus der Schaltung gemäss Fig. l ; Fig. 3 ein weiteres Teilschaltbild aus dem System nach Fig. l, welches eine Abtastschaltung gemäss der Erfindung umfasst, Fig. 4 eine Signalform zum Verständnis der Betriebsweise der in Fig. 3 gezeigten Abtastschaltung und Fig. 5 eine alternative Ausführung eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Schaltung.
In Fig. 1 legen die Fernsehsignal-Verarbeitungsschaltungen-10- (die beispielsweise einen Video-Demodulator, Verstärker und Filterstufen enthalten können) getrennte Leuchtdichte und Farbkomponenten (Y bzw. C) eines Farbfernseh-Signalgemisches an eine Demodulatormatrix --12--, die ihrerseits farbbilddarstellende Signale r, g und b niedrigen Pegels an ihrem Ausgang erzeugt.
Diese Signale werden durch Schaltungen innerhalb der Kathodensignal-Verarbeitungsschaltungen --14a, 14b bzw. 14c-- verstärkt und anderweitig verarbeitet, so dass verstärkte Farbbildsignale R, G und B hohen Pegels entstehen, die den als Intensitätssteuerelektroden dienenden Kathoden - -16a, 16b und 16c-- einer Farbbildröhre --15-- zugeführt werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Bildröhre --15-- ein selbstkonvergierender Typ mit einem Inline-Strahlsystem, welches für die drei Einzelstrahlsysteme mit den Kathoden --16a, 16b und 16c-- ein gemeinsam gespeistes Gitter - hat.
Da die Kathodensignal-Verarbeitungsschaltungen --14a, 14b und 14c-- sich bei dieser Ausführung gleichen, gilt die nachfolgende Beschreibung der Schaltung --14a-- ebenso für die
<Desc/Clms Page number 2>
Schaltungen --14b und 14c--.
In der Schaltung --14a-- wird ein vom Ausgang der Matrix --12-- kommendes Signal r über ein Tor--20-- (beispielsweise ein elektronischer Analogschalter) unter Steuerung durch ein von einem Impulsgenerator --28-- erzeugtes Tastsignal V K zum Videosignaleingang eines Bildröhren- treibers --21-- gekoppelt oder von ihm entkoppelt. Der Treiber --21-- enthält einen Signalverstär- ker zur Erzeugung eines Ausgangssignals R hohen Pegels, welches der Kathode --16a-- der Bild- röhre zugeführt wird.
Die Kathode --16a-- ist an den Eingang einer Abtastschaltung --22-- ange- schlossen, die durch Zeitsteuersignale V c und V s (von denen das Signal V komplementär zum
Signal V ist), welche ebenfalls durch den Impulsgenerator erzeugt werden, getastet werden, und erzeugt ein Ausgangsregelsignal, welches einen Vorspannungsregeleingang des Treibers --21-- zur Veränderung der Vorspannung der Verstärkerschaltungen innerhalb des Treibers zugeführt wird, um den von der Kathode --16a-- geleiteten Schwarzpegelstrom zu regeln, wie noch erläutert werden wird.
Der Impulsgenerator --28-- erzeugt während periodischer Intervalle, wenn der Kathodenstrom der Bildröhre --15-- überwacht werden soll, einen Ausgangsspannungsimpuls VG, der eine positive Polarität und eine feste Amplitude (beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 10 bis 20 V) hat und dem Bildröhrengitter --18-- zur Leitungsvorspannung dieses Gitters während der Überwachungsintervalle zugeführt wird. Der Impulsgenerator --28--, der das Signal V G liefert, liefert an seinem Ausgang zu andern Zeiten als denjenigen des Gitterimpulsintervalls auch eine geeignete Vorspannung für das Gitter --18--.
Die Signale VS, Vu, vs und VG vom Impulsgenerator-28-- sind bezüglich der Horizontal (Zeilen)-Rücklaufaustastintervalle und der Vertikal (Bild)-Rücklaufaustastintervalle des Fernsehsignals synchronisiert. Diese Signale werden während eines Zeitraumes nach dem Ende der Vertikalrücklaufaustastung, jedoch vor Beginn des Bildintervalls des Fernsehsignals, welches die auf der Bildröhre wiederzugebende Bildinformation enthält, erzeugt. Das heisst, dass diese Signale während eines Teils eines grösseren Zeitintervalls erzeugt werden, welches weniger Horizontalzeilen umfasst, in denen keine Bildinformation vorliegt.
Speziell sperrt das Signal V das Tor --20-- für einen Zeitraum, welcher ein Bezugs- oder Einstellintervall von etwa vier Horizontalzeilen Dauer, während dessen das Signal V abgeleitet wird, und ein nachfolgendes Überwachungsintervall von etwa zwei Horizontalzeilen Dauer, während dessen die Signale VG und Vs abgeleitet werden, umfasst.
Während des Überwachungsintervalls arbeitet die Bildröhre bezüglich des Gitterimpulses V als Kathodenfolger und liefert an ihre Elektrode während des Überwachungsintervalls ein gleichphasiges Abbild des Gitterimpulses V. Die Amplitude des induzierten Kathodenimpulses ist proportional dem Wert der Kathodenschwarzpegel-Stromleitung, ist jedoch erheblich gegenüber dem Gitterimpuls abgeschwächt wegen der relativ niedrigen Durchlasstranskonduktanz des Bildröhrenstrahlsystems bei Gitteransteuerung. Die Amplitude des induzierten Kathodenausgangsimpulses ist typischerweise sehr klein, im vorliegenden Beispiel in der Grössenordnung weniger Millivolt.
Das Signal VK sperrt das Tor --20-- während des Bezugs- und Überwachungsintervalls, so dass der Ausgang der Matrix --12-- vom Treiber --21-- und der Bildröhre --15-- entkoppelt wird.
Die Abtastschaltung --22-- arbeitet unter Steuerung durch die Signale V und V g und liefert einen Ausgangsabtastwert, welcher ein Mass für die Grösse des vom Signal V G induzierten Kathodenausgangsimpulses ist. Der Ausgangsabtastwert der Schaltung --22-- wird zur Veränderung des durch
EMI2.1
Schleife einen gewünschten richtigen Wert des Kathodenschwarzpegelstroms zu ergeben. Das Tor --20-- wird zu andern Zeiten durchlässig gemacht, so dass Signale von der Matrix --12-- über den Treiber --21-- zur Bildröhre gelangen können.
Fig. 2 zeigt zusätzliche Einzelheiten des Treibers--21--. Er enthält einen Verstärkertransistor --34- und eine aktive Lastschaltung mit einem Transistor --35--. Bei normalen Bedingungen der Videosignalverarbeitung wird das Farbsignal r über einen Anschluss --T1 --, das Tor --20-- und
EMI2.2
<Desc/Clms Page number 3>
--30-- dersignals r, und diese wird über eine Ausgangs-RC-Schaltung --40--, einen Widerstand --52-- und einen Anschluss --T2-- auf die Kathode --16a-- der Bildröhre gekoppelt. Während des Überwachungsintervalls, wo das Eingangssignal r wegen des Tores --20-- nicht zugeführt wird, erscheint am Anschluss *-T,-ein induzierter Kathodenausgangsimpuls, welcher den KathodenschwarzpegelStromwert darstellt.
Der Kathodenausgangsimpuls wird mit Hilfe eines hochohmigen Spannungsteilers mit Widerständen-55 und 56-- abgefühlt, und dieser abgefühlte Kathodenausgangsimpuls gelangt über einen Anschluss --T 3 -- zum Eingang der Abtastschaltung --22--. Eine Ausgangsregelspannung der Abtastschaltung --22-- wird der Basis des Transistors --34-- über einen Anschluss - zugeführt. Im vorliegenden Beispiel wird die Kathodenschwarzpegelstromleitung so ver- ändert, dass der Basisvorspannungsstrom des Transistors --34-- in Abhängigkeit von der Ausgangsregelspannung der Tastschaltung --22-- sich erhöht oder erniedrigt.
Fig. 3 zeigt die Abtastschaltung aus Fig. 1 in mehr Einzelheiten. Der über den Anschluss - gekoppelte Kathodenausgangsimpuls wird durch eine Abtast- und Halteschaltung verarbeitet,
EMI3.1
gekoppelt ist, sowie einen Spitzendetektor-Ladungsspeicherkondensator --70--, der über einen Abtastschalter --78-- an den Ausgang des Verstärkers --65-- gekoppelt ist, enthält. Der nichtinvertierende (+) Eingang des Verstärkers --65-- ist an eine Quelle einer stabilen Bezugsspannung V REF angeschlossen. Der abgefühlte Kathodenausgangsstrom wird dem invertierenden Eingang des Verstärkers --65-- über den Anschluss-T--und einen Kondensator --84-- zugeführt.
Während des Überwachungsintervalls (tM)'das dem Bezugsintervall folgt, wird der Schalter --68- auf eine negativ gerichtete Signal-Steuerimpulskomponente des Signals V hin undurchlässig gemacht (also wie dargestellt geöffnet). Ebenfalls zu dieser Zeit wird der Abtastschalter --78--
EMI3.2
aber invertiertes Abbild des Kathodenausgangsimpulses umfasst, der vom Gitterimpuls V G veranlasst worden ist) zum Kondensator --70-- gelangt. Die Signalverstärkung des Verstärkers --65-- ist erheblich grösser als eins und entspricht der Offenschleifen-Spannungsverstärkung des Spannungs- verstärkers --65--, so dass ein Spannungsabtastwert geeigneter Amplitude zum Speicherkondensator - gelangt.
Der im Kondensator --70-- gespeicherte Spannungsabtastwert stellt die von Spitze zu Spitze gemessene Amplitude des Kathodenausgangsimpulses dar und damit auch den Wert der Kathodenschwarzpegel-Stromleitung. Die Spannung am Kondensator --70-- wird über eine Verstärkerschaltung --85-- (beispielsweise ein Pufferverstärker mit dem Verstärkungsgrad eins) einem Eingang einer Differenzvergleichsschaltung --87-- zugeführt, an deren andern Eingang die Bezugsspannung V REF gelegt wird. Die Vergleichsschaltung --87-- erzeugt auf Grund ihrer Eingangsspannungen eine der Differenz zwischen der Bezugsspannung VREF und der Abtastspannung vom Kondensator --70-- entsprechende Regelspannung an ihren invertierenden Ausgang.
Diese Regelspannung gelangt über einen Anschluss --T4-- zum Videotreiber --21-- (Fig.2) und regelt dessen Vorspannung in einer Richtung, dass eine übermässig hohe oder niedrige Kathodenschwarzpegel-Stromleitung durch die Wirkung der geschlossenen Rückführungsschleife kompensiert wird.
Damit der am Kondensator --70-- entstehende Spannungsabtastwert Änderungen der Spitzenamplitude des Kathodenausgangsimpulses genau wiedergibt, muss die Amplitude des Ausgangssignals des Abtastverstärkers --65-- auf einen vorherbestimmbaren Pegel bezogen werden. Es ist auch erwünscht, dass das Ausgangssignal des Verstärkers relativ frei von nennenswerten Offset-Fehlern ist, wie sie auf Grund von Offset-Spannungen am Eingang des Abtastverstärkers auftreten können, so dass der Spannungsabtastwert nicht verfälscht wird. Diese beiden Forderungen werden erfüllt durch die erläuterte Anordnung des Verstärkers --65-- hinsichtlich der Bezugsspannungsquelle Vr, des Schalters-68-und des Kondensators --84--.
Während des jedem Überwachungsintervall tM vorangehenden Bezugsintervalls wird der Schalter --68-- durch das Signal V durchlässig (also geschlossen). Während dieser Zeiten ist der Abtastschalter --78-- offen oder nichtleitend. Wenn der Schalter --68-- durchlässig ist, dann wird der invertierende Eingang des Verstärkers --65-- durch die Rückkopplungswirkung im Zusammenwirken mit dem Eingangskondensator --84-- auf den Ausgangspegel des Verstärkers --65--
<Desc/Clms Page number 4>
geklemmt, der dann auf dem Potential V REF liegt.
Die Wirkung dieser Eingangsklemmung lässt sich in der in Fig. 4 gezeigten Signaldarstellung sehen, wo der während des Intervalls te auftretende positiv gerichtete Kathodenausgangsimpuls eine (variable) Amplitude AVss bezüglich des durch die Klemmwirkung hervorgerufenen stabilisierten Bezugspegels V REF aufweist. Wenn der Kondensator --70-- über den Abtastschalter --78-- angeschaltet ist, dann erzeugt er einen Spannungsabtastwert, der proportional der Differenz zwischen dem festen Klemmbezugspegel VREF und der verstärkten (aber nichtinvertierten) Spitzenamplitude des Kathodenausgangsimpulses ist.
Die beschriebene Eingangsklemmschaltung mit dem Verstärker--65--, dem Klemmschalter --68- und dem Klemmkondensator --84-- ist besonders von Vorteil bei einem System zur Abtastung von Signalen niedrigen Pegels, wie es hier beschrieben ist, weil bei dieser Klemmschaltung OffsetErscheinungen am Eingang des Verstärkers --65-- und durch den Klemmschalter --68-- bedingte Offset-Erscheinungen nicht mit der Signalverstärkung des Verstärkers --65-- verstärkt werden.
Ausgangsfehler des Verstärkers werden daher erheblich reduziert.
Weiterhin ist es bei einem System der dargestellten Art wünschenswert, eine schnelle Eingangs-RC-Zeitkonstante für den Verstärker während des Klemmintervalls relativ zur Verstärkereingangskonstante während der Abtastintervalle vorzusehen, so dass der Kondensator --84-- sich während der Klemmintervalle über den Schalter --68-- schnell auf den Klemmbezugspegel auflädt und die Ladung über die Abtastintervalle hält.
Bei der dargestellten Anordnung wird die Ladezeit des Kondensators --84-- für Klemmzwecke bestimmt durch den Wert des Kondensators --84-- multipliziert mit dem Wert des Leitungswiderstandes des Schalters --68-- und dividiert durch den Verstärkungsgrad des Verstärkers --65--. Da der Leitungswiderstand des Schalters --65-- typischerweise klein ist und da die (Offenschleifen-) Verstärkung des Spannungsverstärkers --65-- in diesem Beispiel beträchtlich gross ist, ist die effektive Widerstandskomponente dieser Zeitkonstante virtuell unbedeutend. Somit ergibt sich eine schnellere Klemmzeitkonstante im Vergleich zu einer durch den tatsächlichen Wert des Schalterwiderstandes bestimmten Zeitkonstante.
Die Eingangszeitkonstante
EMI4.1
Die Schaltung nach Fig. 5 enthält einen signalinvertierenden Verstärkertransistor --90-- in Emitter-Grundschaltung, dessen Signalverstärkung proportional dem Wert eines Kollektorwiderstandes - ist. Über einen Klemmkondensator --96-- werden seiner Basis, die einem invertierenden Signaleingang entspricht, Eingangssignale zugeführt. Am Kollektor des Transistors--90--erschei- nende invertierende Ausgangssignale gelangen zu einer geschalteten Ladungsspeicherschaltung, wie sie etwa der Schaltung-70, 78-in Fig. 3 entspricht. Zwischen Kollektorausgang und Basiseingang des Transistors --90-- ist ein Rückkopplungsschalter --98-- eingefügt (der in einer geöffneten oder undurchlässigen Stellung bezeichnet ist).
Wird der Schalter --98-- auf Grund des Signals Vc leitend (also geschlossen), dann wird der Kollektor des Transistors --90-- über den Schalter --98-- mit seiner Basis gekoppelt, die in Durchlassrichtung vorgespannt wird, so dass an den Kollektor- und Basiselektroden des Transistors --90-- eine Spannung von etwa +0, 7 V (die Basis-Emitter-Übergangs-Offset-Spannung des Transistors --90--) erscheint. Das Zusammenwirken des Schalters --98-- mit dem Klemmkondensator --96- dient der Klemmung des Basiseingangs auf diese vorhersagbare Spannung (1 Vac).
Der Schalter --98-- wird während der Überwachungsintervalle undurchlässig, wo der Kathodenausgangsimpuls auf den Trnsistor --90-- gekoppelt wird und in invertierter verstärkter Form am Kollektorausgang des Transistors --90-- erscheint. Der verstärkte Kathodenimpuls wird anschlie- ssend in der im Zusammenhang mit Fig. 3 erläuterten Weise verarbeitet.
Die Erfindung ist vorstehend im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden, es versteht sich jedoch, dass auch andere Ausführungsformen der Erfindung entsprechend ihren Prinzipien realisierbar sind, wie beispielsweise nachstehend erläutert.
In einem Falle, wo der Abtastverstärker (beispielsweise der Verstärker --65-- in Fig. 3) ein nicht-invertierender Verstärker ist, muss eine geeignete Gegenkopplung für den Verstärker wäh-
<Desc/Clms Page number 5>
rend der Klemmintervalle vorgesehen werden, indem man einen Inverter in dem Rückkopplungszweig verwendet.
Man kann einen Rückkopplungswiderstand zwischen Ausgang und invertierendem Eingang des
Abtastverstärkers in Kombination mit einem Widerstand im Eingangssignalweg des Verstärkers zur
Bestimmung einer gewünschten Geschlossenschleifen-Verstärkung des Verstärkers während der Abtast- intervalle benutzen. In diesem Falle muss man jedoch sicherstellen, dass die Verstärkereingangsimpe- danz und die Eingangs-RC-Zeitkonstanten des Verstärkers während der Klemm- und Abtastintervalle innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Abtastung eines Eingangssignals, das ein Bezugsintervall und ein ein abzutastendes Charakteristikum enthaltendes Signalintervall enthält, mit einem Verstärker, der einen Signaleingang und einen Signalausgang aufweist, einer Signalverarbeitungsschaltung, einer mit dem Signaleingang des Verstärkers gekoppelten Klemmschaltung, einer Quelle für eine Bezugsintervallkomponente, die zeitmässig mit dem Bezugsintervall des Eingangssignals übereinstimmt, und einer mit dem Verstärkerausgang, der Klemmschaltung und der Signalver- arbeitungsschaltung gekoppelten Schalteranordnung, die in Abhängigkeit von der Bezugsinter- vallkomponente den Verstärkerausgang über einen Gegenkopplungszweig an den Verstärkereingang koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (28) auch eine Signalintervallkomponente erzeugt,
die zeitmässig mit dem Signalintervall übereinstimmt, und dass die mit der Quelle (28) gekoppelte
Schalteranordnung (68,78) an der Quelle auch die Signalintervallkomponente empfängt und in Ab- hängigkeit von der Bezugsintervallkomponente und der Signalintervallkomponente den Verstärkeraus- gang während des Bezugsintervalls von der Signalverarbeitungsschaltung (70) abkoppelt und während des Signalintervalls den Gegenkopplungszweig abschaltet und den Verstärkerausgang an die
Signalverarbeitungsschaltung koppelt.