CN1007196B - 具有伪锁向环的音调检测器 - Google Patents

Abstract

该音调检测器利用较高频率的载波信号源，提供了混合频率中的单一预定音调频率的精确检测。高频信号被分成两个频率，一个恰在音调之上，一个恰在音调之下。通过连续在两个除数值之间调整除数使分频器的输出保持在音调的频率上，当在接收到的信号中存在有足够幅度的音调时，用分频器的输出信号乘接收到的信号或其一部分，提供检测信号。

Description

本发明涉及音调检测器领域，特别涉及用于调幅（AM）立体声广播接收的检测器。

在许多象调幅立体声那样的领域中，必须可靠并精确地检测出单一音调。在现有技术里，已设计出了许多系统来在多频信号中检测单一频率。其中的一些使用了带通滤波器或锁相环。为了达到精确检测，这类滤波器的元件必须非常精确，一般需要有±1%的精度。这样的元件是相当贵的。当把锁相环中的可调元件的费用包括进去时，其总额可能是不现实的，除非是在最高定价的装置中。最需要的是比现有技术具有更高精度的低成本检测器，并且其不需要可调元件。

本发明的一个目的是提供非常可靠的高精度音调检测器。

更具体的目的是提供不需要高精度、高价格、或可调元件的检测器。

这些及其他将变得明显的目的在根据本发明的检测器中得以实现，其中采用固定振荡频率[如1F频率（中频），]和可编程序分频器以产生分别略高于和略低于所希望的频率的两个频率。分频器的输出信号乘上包含接收到的音调的信号，经过滤波，产生表示导出频率中的偏差方向的直流（DC）信号。该偏差信号控制除数的选择，使分频器的平均输出 被保持在所希望的频率上。第二分频器输出信号被移相，从而与第一输出信号相正交，当该信号乘上包含有所希望音调的信号并随后积分时，得到的信号就表示了该音调是否存在。如果积分信号处在适当的电平，它就可用来控制任何依赖于音调存在的电路，如调幅立体声接收机的立体声存在指示灯。

图1是包括本发明的调幅立体声接收机的方框图。

图2是图1中的音调检测器的详细框图。

图3是图2中的检测器的一部分的示意图。

图1是采用了本发明的调幅立体声广播接收器的方框图。该基本接收器是美国专利第4，371，747号的内容，该专利转让给了本发明的受让人。在此处用它只是为说明的目的，而不应由此得出限定本发明的结论。

在这个具体的接收器中，天线10接收具有（1+L+R）COS（Wct+φ）形式的信号，其中φ＝tan^-1[（L-R+A）/（1+L+R）]。这是兼容的调幅立体声信号，其中L和R代表左和右立体声信号，A是导频音调或“立体声存在”信号。接收到的信号象众所周知的那样在RF级12和IF级14受到处理。载波源16连同90°相移网络18提供了两个正交的载波信号。该正交载波处在450KHz，即IF频率。为了检测立体声和与差信号（L+R）与（L-R），IF级14的输出信号被耦合到两个乘法器级20、22，在这些乘法器它同两个正交载波相乘，分别提供了（1+L+R）COSφ和（L-R+A）COSφ形式的输出信号。中频输出还被耦合到包络检测器24，其输出为包络幅度（1+L+R）。这个和信号被耦合到矩阵变换电路26，还被耦合到比较器28。在该比较器28，该和信号同乘法器30的输出信号相比较。乘法器30的一个输入信号是来自乘法器20的（1+L+R）COSφ，而其第二个输入信号是比较器28的输出信号。这样，通过比较器提供了基本上是（1/COSφ）的修正信号，使乘法器30的输出信号被强制为（1+L+R）。类似地，乘法器22的输出（L-R）COSφ被耦合到乘法器32，乘法器32还接收来自比较器28的修正信号。这样，乘法器32的输出信号变成（L-R）。这个差信号也被耦合到矩阵变换电路26。

根据本发明，从载波源16取出输出信号40并将其耦合到音调检测电路34，电路34将参考图2描述。在此，如图所示，音调检测器的输出被耦合到指示器36和转换电路38。很明显，音调检测器的输出可以用于给定的应用中的任何适当目的。

图2的方框图显示了图1中的音调检测器的最佳实施方案。信号输入端42将差信号耦合到两个乘法器44、46和低通滤波器48。在这个实施方案中，差信号由（L-R+A）表示，其中L和R代表左和右立体声信号，A代表低频音调（25Hz），只要有立体声信号广播就有该低频音调存在。在这个实施方案中，要检测的是立体声或导频音调A。在本发明的任何应用中，输入端42上的信号将有一定的频率分布和混合，这些频率包含有需要可靠地检测的单一频率信号。

端40将450KHz的信号引入音调检测器34，在那里它耦合到可编程序分频器电路50。分频器电路有两个可用的除数，并由来自比较器52的信号控制，并可从一个数“转变”到另一个数，而且也可“转变”回原来的数，因而分频器的输出是平均频率;即要检测的音调频率（A）。在本实施方案中，对于450KHz的源频率，除数为18180和17820。这样，除法器的输出将为24.75或25.25H₂，在一个时间周期内平均为25Hz。如参考图3可见的，该分频过程可通过两步（或多步，如果希望的话）完成。

分频器输出信号被耦合到正交发生器54，发生器54包括90°相移网络，用于提供两个正交的输出信号。滤波器48的输出信号被耦合到方波发生器55。形成方波后，信号被耦合到初始化电路56，电路56确保分频器50和正交发生器54工作在相对信号A有适当的位相的状态（见图3）。正交发生器54的两个输出信号被耦合到乘法器44、46。因为输入到乘法器46和25赫兹信号已经相对输入端42上的信号A的位相相移了90°，乘法器的输出信号将被迫与电路的直流参考电压有相同的值。实现这点的基础是三角学中的恒等式COSASinA＝（Sin2A）/2，而频率A上没有输出。假定高次项在滤波器57中已被滤掉。乘法器46的输出被耦合到比较器52，在那里它与地或直流参考电压相比较。如果从正交发生器54进入乘法器46的信号比25Hz高一点，就会有直流电压加到比较器52的输入端上。这个“偏差”电压将使 分频器转换到较大的除数上，使平均频率趋于25Hz。当进入乘法器46的信号低于25Hz时，比较器输出信号将有相反的符号，再次变换分频器50的除数，这次是变到较小的除数。容易看出，通过耦合到比较器52输出端的简单R-C网络（图中未显示），就可取出可用于需要正比于频率偏离之信号的电路的DC电压。

正交发生器54的“同相”或0°输出当然也修正到25Hz的平均值。因为它同输入端42的信号同相，根据恒等式COSACOSA＝（1+COS2A）/2，乘法器44的输出信号，在经过滤波器58滤波后，将正比于A。应当理解，标为57、58的各个电容仅仅表示滤波能力。加到输入端60上的信号是固定的直流参考信号，在这个实施方案中，它是信号A的期望最大电平的大约20%。这个参考电压被耦合到比较器62，用于与乘法器44的输出相比较。比较器62的输出则为表示在天线10接收到的广播信号中有无信号A的直流信号，而这个信号可被耦合到任何采用音调检测信息的电路上。

如果需要外加可靠性测量，可以包括附加的电路，它包括定时器64和“与”门66。定时器64由来自正交发生器54的25Hz信号计时，但任何具有合适频率的信号就可满足要求。一个复位信号来自输入端68并且是“静噪”或“强制非立体声”信号，它存在于许多立体声收音机中。在其它应用中，这个信号可以是任何代表不希望检测音调的状态的控制信号。另外，输入端68上的信号在一些应用中可以省去。当采用这个信号并且它是零时，这个输入信号可以使定时器复位一个短时间间隔。另一个用于定时器的复位信号来自比较器62，以便当信号表示没有立体声或存在的立体声电平不够高时，定时器复位一个长时间间隔。因为定时器64的输出信号同导频检测信号一起被耦合到“与”门66，因而导频检测信号受到阻塞或“失效”，直至定时器终止并且没有复位。

图3显示了图2的音调检测器的一些元件的举例示意图。低通滤波器48在一些场合中可省去，因为信号A可能足够“干净”而不需要滤波。这样从输入端42来的信号或滤波器/比较器的输出信号将被耦合到方波发生器55。发生器55的输入基本上是带有外部噪声的信号A，发生器55的输出信号被耦合到“或非”门70的一个输入端，发生器55的输出信号基本上是频率为A的方波，“或非”门70的输出向正交发生器54提供了“置位”或“起始”输入。来自输入端68的“静噪”输入信号被耦合到“或非”门72和触发器74的置0输入端，二者组成初始化电路56的一部分。输入端68上的信号为初始化必须是高的，并且触发器74的输出也应该是高的。触发器74的输出信号通过晶体管T1被耦合到“或非”门70的第二输入端“或非”门70的输出还被耦合到分频器电路50的复位端上，它为正交发生器54提供了置位输入。

在本实施方案中，正交发生器54包括双D型触发器，象比如由Motorola公司制造的集成电路MC141013。用于正交发生器54的时钟信号由分频电路50发出，并且对于25Hz的信号A是100Hz。这样，在这个具体实施方案中，分频过程由分频器50和正交发生器54分担。正交发生器54的输出端Q1、Q2上的一对输出信号互相正交，其中一个同输入端42上的信号A同相。分频器电路50可以象图示那样，或是计数器、门电路等的任何合适的组合，它将提供任何特别场合所需的分频。也很明显的是，可以有一系列逐步接近期望数的除数，而不是两个非常接近预定数的除数。从而允许检测器更快地接近该数。

这样，已经显示和描述了一种音调检测器，它不仅不需要锁相环和可调和/或昂贵的元件，而且提供了比锁相环高得多的精度和可靠性。其他的变化和变形是可能的，所附的权利要求要包括这些变化和变形。

Claims (3)

1、音调检测器，它带有用于指示何时接收到包含25Hz信号的音调检测器输出端，该音调检测器包括：

第一乘法器，它包括两个输入及包含所述两个输入的乘积的输出；

第二乘法器，它包括两个输入及包含所述两个输入的乘积的输出；

输入装置，用于把所述接收信号耦合到所述第一乘法器的第一输入端和所述第二乘法器的第一输入端；

电压控制振荡器(VCO)，它具有VCO控制输入、预定参考电压和出现在VCO输出端的VCO输出信号，所述VCO的设置使得当VCO控制输入电压超过所述预定参考电压时所述VCO输出信号的频率为(25-x)Hz，否则，所述频率为(25+x)Hz；

所述VCO输出端与移相网络的输入端相耦合，所述移相网络带有第一输出端和第二输出端并设置得使所述第一输出端和第二输出端之间的相差基本为90度。

所述移相网络第一输出端与所述第一乘法器第二输入端相耦合；

所述移相网络第二输出端与所述第二乘法器第二输入端相耦合；

所述第一乘法器输出端与一滤波器的输入端相耦合，所述滤波器带有包含所述滤波器输入的平均值的输出；

所述滤波器输出端耦合到所述VCO控制输入端；

所述音调检测器输出耦合到所述第二乘法器输出端。

2、如权利要求1所述的音调检测器，其中所述电压控制振荡器（VCO）进一步包括：

具有预定频率的振荡器信号;

具有第一输入端、第二输入端及输出端的比较器;

所述比较器第一输入端与所述VCO控制输入端相耦合，而所述比较器第二输入端与所述预定参考电压相耦合;

所述比较器输出被用来指示所述VCO控制输入电压何时超过所述预定参考电压;

所述比较器输出与一可编程分频电路（分频器）的控制输入端相耦合，所述分频器具有第一除数、第二除数、信号输入端和信号输出端;

具有所述预定参考频率的所述振荡器信号被耦合到所述除法器信号输入端;

所述除法器能根据分频器控制输入有选择地用从所述第一及第二除数构成的组中选出的一个除数对所述振荡器信号输入的预定参考频率分频，并把结果加于分频器的信号输出端;

所述分频器信号输出端与所述VCO输出端相耦合。

3、如权利要求2的音调检测器，其中：

x＝0.25;

所述预定参考频率＝450Hz;

所述第一除数＝18、180;

所述第二除数＝17、820。

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