CN1027781C - 广播和窄频偏调频无线电信号的音频电平均衡 - Google Patents

Abstract

一种电视接收机包括单个调谐器(102)，用以调谐电视频道和FM广播台。调谐器(102)用作双转换FM接收机的第一转换级；其中FM收音机集成电路(180)的混频器(180b)用作第二转换级。鉴频器电路(183)用来调谐具有第一频偏(例如FM广播无线电信号)的FM无线电信号和具有第二频偏(例如国家气象站的信息信号)的FM无线电信号。用以放大鉴频器电路输出信号的电路(137)在放大第一频偏信号时呈现第一增益，而在放大第二频偏信号时呈现第二增益。

Description

本申请概括地涉及用以接收广播调频（FM）和窄频偏信息信号的FM无线电接收机领域，更具体地涉及内含FM收音机、用以接收FM广播和气像预报广播信息等信号的电视接收机。

系列号为561，583、561，584、561，585、561，586、561，587、561，588、561，589、申请日为1990年8月6日和系列号为571，857、申请日为1990年8月23日的美国专利申请都已转让给本申请案的受让人，这些申请都包含与本申请有关的主题。

在美国，FM广播无线电频带占有大约从88MHz至108MHz的频段。这个频段位于分配给广播电视6频道和电缆电视98频道的频率之间。此外，国家气象预报广播FM无线电信号的频率位于接近162.5MHz的频带内。具有能接收AM（调幅）、FM广播、国家气象预报无线电信号及电视伴音信号的单调谐器的、多频段的无线电接收机是已知的，例如，香港制造、型号2239、FCC    ID号BGK91F2239的温泽收音机（Windson    Radio）。

具有能接收FM广播信号的电视接收机可从先有技术中得知。由新泽西州、帕斯爱克（Passaic）、Allen    B.Dumont    Laboratories生产的Dumont型号RA-119A电视接收机就是具有单调谐器、用以接收电视信号和FM广播无线电信号一类的电视接收机的例子。这种单调谐器的电视接收机是在1949年至1952年（含1952年）期间制造的，而且使用了一个连续调谐装置以调谐频率在44MHz至217MHz之间的信号。这类 电视接收机采用了所谓的分离声中频系统，亦即调谐到41.25MHz的一个独立伴音中频通道。供电视和FM广播用的声音信号直接从频率为41.25MHz的电视伴音中频信号中解调出来。

现代电视接收机业已摒弃了分离声中频（IF）系统而采用了不复杂、造价低且更可靠的载波差拍伴音系统。载波差拍伴音IF系统利用了“图像载波和伴音载波在发射机中保持几乎相等的容差以保证两者总是相离恒定的4.5MHz”这一事实。在载波差拍伴音IF系统中，伴音IF信号和图像IF信号一起在单一的IF放大器中被放大，放大后通过将41.25MHz的伴音IF信号与45.75MHz图像载波频率信号“进行差拍”（亦即外差作用）将伴音信号转换为4.5MHz的载波差拍伴音IF频率，然后从所得到的4.5MHz载波差拍信号解调出电视伴音信号。

现代的载波差拍伴音型电视接收机不能恢复和再生FM广播无线电声音信号，因为FM无线电信号缺少用于恢复声音信号的电视接收机电路所需的图像载波频率信号。因此，采用载波差拍伴音系统的结果是电视机厂家要提供能够接收FM广播无线电信号而附加一个有其自己调谐器的单独的FM接收机。

申请号为561，588、题为“电视接收机中的调频立体声收音机”（Stereo    FM    Radio    In    A    Television    Receiver）、申请人为Wignot等人的未决美国专利申请公开了一种双转换FM收音机、其中第一频率转换级是电视调谐器。申请号为561，586、题为“National    Weather    Radio    Reception    By    Synthesizing    Only    The    Center    Frequency”，（Wignot等人）的未决美国专利申请公开了其内使用电视调谐器作为第一转换级的双转换FM接收机可以接收FM无线电广播信号和由国家气象台发射的信号的一种系统，这两个信号可由含有同一鉴频器电路的同一个电路系统来处理。

令人遗憾的是，使用同一鉴频电路对FM广播信号和国家气象预报 广播信号进行解调会产生如下问题，即，鉴频器电路输出端上所恢复的信号幅度是极不相同的。人们记得已解调声音信号的幅度是FM载频与其标称中心频率之偏差的一个函数。更确切地说，由于FM广播立体声无线电信号的最大频偏值约为68KHz，而国家气象预报广播FM无线电信号的频偏峰值仅为5KHz，因此产生了幅度极不相同的问题。这两信号幅度上的差值等于20    log（68/5）＝22.67db。这种情况将会迫使收听者在接收机调谐到国家气象台时要大幅度地增大音量，而在调谐返回到FM广播无线电台时要大幅度地减小音量。

在具有一个单调谐器和一个单鉴频器电路用以调谐具有第一频偏的FM无线电信号和具有第二频偏的FM无线电信号的接收机中，用以放大该鉴频器电路输出信号的电路在放大具有第一频偏的FM信号时呈现第一增益，而在放大具有第二频偏的FM信号时呈现第二增益。

图1示出体现本发明的电视接收机的方框图;

图2示出适于用作图1中鉴频器电路的单调谐鉴频器电路的频率响应;

图3示出适于用作图1中声频放大器的本发明一个实施例的原理图;

尽管要描述的实施例是以包含一个FM收音机的电视接收机的情况提出的，但是本发明不需要电视调谐器电路，因而也可用于FM无线电接收机中。

参照图1，电视的射频（RF）信号和FM广播的射频信号都施加在FM陷波电路100的射频输入端上。FM陷波器100将在下文对照图3时详细描述。出现在FM陷波器100输出端的射频信号施加到调谐器102上。调谐器102包括一个射频放大器102a，用以放大射频信号，并将已放大的射频信号施加到混频器102b的一个输入端上。调谐器102还包括一个本机振荡器102c，用以产生一个本机振荡信号，当该信号施 加到混频器102b的第二输入端上时就与已放大的射频信号外差以产生电视中频（IF）频率的输出信号。在调谐器控制单元104的控制下，调谐器102选择一个具体的射频信号。另一种方案是调谐器控制单元104也可包含在调谐器102之中。调谐器控制单元104通过线103将调谐控制信号施加给调谐器102，并且通过控制总线103′施加频段开关信号。调谐控制信号和频段开关信号控制本机振荡器102c的振荡频率，从而确定了哪个射频信号被转换（外差）成IF频率。调谐控制单元104由控制器110控制。控制器110可以是一个微处理器或微计算机，它包括一个中央处理单元（CPU）112、一个只读存储器（ROM）114、及一个随机存取存储器（RAM）116。

控制器110接收用户从本地键盘122和从红外（IR）接收器120输入的控制信号。红外接收器120接收由一遥控单元125发射的一遥控信号并将其解码。

由调谐器102产生的中频IF信号施加到表面声波（SAW）滤波器前置放大器105，放大该IF信号并通过SAW滤波器106将其施加到称之谓“单片”的信号处理单元130。信号处理单元130包括一个图像IF（VIF）和伴音IF（SIF）信号处理器单元130a，一个声频信号处理器单元130b和一个视频信号处理器130c。VIF/SIF信号处理单元130a包括一个图像IF（VIF）放大级、一个自动增益控制电路（AGC）、一个自动微调电路（AFT）、一个视频检波器、及一个伴音IF放大级。VIF/SIF处理单元130a产生一个基带复合视频信号（TV）和一个伴音载波信号。伴音载波信号施加在声频信号处理器单元130b上。该单元130b包括一个TV立体声解码器、一个矩阵和一个DBX扩展器。声频信号处理器单元130b产生左和右声道信号并将它们施加在声频开关单元136的一对输入端上。声频开关单元136的输出耦合到声频放大器单元137。声频放大器单元137产生放大了的基带左和右声频信号并将 它们施加到一对扬声器138上以使声音再现。

基带视频信号（TV）耦合到视频处理器单元130c和显象管驱动放大器156并最后显示在显示器158的显示屏上。来自视频处理器单元130c的视频信号还加到用以得出垂直和水平同步信号的同步分离器单元160。已得到的垂直和水平同步信号施加在偏转单元170上以产生偏转信号供显示器158的偏转线圈组件使用。在控制器110的控制下，状况屏幕显示（on-screen    display）处理器140产生字符信号并将其施加在视频信号处理器130c的第二输入端，以显示在显示器158上。上文所述的电路系统除了图1所示的特定的FM陷波器以外都可从美国印第安纳州、印第安纳波里斯市的汤姆逊消费者电器公司生产的RCA    CTC    156彩色电视机底盘得知。

由调谐器102产生的IF信号经过43.3MHz带通滤波器和48.65MHz陷波器装置145还施加到单片FM收音机集成电路（IC）180上。FM收音器IC180例如是SONY公司生产的CXA    12338    M/S    AM/FM立体声收音机电路。FM收音机IC180包括一个放大器180a、一个混频器180b、一个振荡器180c、一个压控振荡器（VCO）180d、一个FMIF检波器单元180e及一个FM立体声检波器单元180f。

电视调谐器102用作为FM广播频带的双转换调谐器的第一频率转换级，而FM收音机IC    180提供双转换调谐器的第二频率转换级。也就是说，一个具体的FM广播信号被选取，然后将其频率从一个FM无线电频带转换为第一中频43.3MHz。43.3MHz这个数值很重要，在申请号为561，585（Grubbs）的共同未决美国专利申请中已有详细论述。

第一FM收音机IF频率信号在混频器180b中与固定频率的晶体控制振荡器180c产生的54.0MHz振荡器信号进行外差。人们早已发现，最好用晶体控制振荡器180c来避免由于可能发生在振荡器180c区域之内和周围的温度变化所引起的频率漂移。所述外差处理的结果产生标称 FMIF频率为10.7MHz的FM广播信号，然后经陶瓷谐振器装置182滤波。陶瓷谐振器装置182中的第二陶瓷谐振器是为改善选择性而增设的。然后使陶瓷谐振器装置182的输出信号经由FM信号处理单元180d、180e和180f以通常方式加以放大、检波和解码。在FM收音机检波过程中使用了鉴频器单元183，该单元183可以是调谐到10.7MHz的陶瓷滤波器（例如由乔治亚州士麦那市Murata    Erie    North    America公司生产的CDA    10.7MG3-Z型）。鉴频器单元183将参照图2在下文详细论述。

设置电位器VR1用以调节VCO频率。已解码的左和右声道立体声信号施加到声频放大器190。声频放大器190将在下文详细论述。已放大的左（L）和右（R）立体声信号施加在声频开关136的第二对输入端上。当已解码和已放大的左（L）和右（R）立体声信号由声频开关单元136选择时，它们被施加在声频放大器137上，以供扬声器装置138再现。音量由控制器110产生的一个控制信号控制，然后经线119施加在声频放大器137上。耦合在FM收音机IC180与控制器110之间的线117和118分别传送着指示“信号是否已调谐”和“信号是否为立体声”的信号。

调谐器102是频率合成（FS）型的，这意味着本机振荡器频率可在控制器110的控制下按一系列给定大小作分步变化。在FM接收方式下，控制器110使振荡器102c按31.5KHz为一步地逐步改变其频率。这意味着FM台可能的最大失谐为31.5KHz/2即15.75KHz的误差。这是可接受的，因为FM收音机IC    180在大约±110KHz的范围内具有可接受的解调特性，还因为FM广播频率相隔200KHz。

在工作时，控制器110接收由本地键盘122或红外接收器120发出的命令以进入FM收音机方式。作为响应，控制器110将一个信号经电阻R1施加到晶体管Q1的基极。晶体管Q1导通并向电压调节电路R2、 D2提供一个电压源，而该电路又给FM收音机IC    180提供电源（VCC），以使其工作。该转接电压VCC还施加在立体声开关136的控制端上，而使FM收音机的声频信号能选择处于FM收音机方式。控制器110还经控制线131向VIF/SIF处理单元130a施加一个“视频截止”控制信号。“视频截止”控制信号使IF自动增益控制（IF    AGC）设置在其最低位置上，以禁止在FM接收方式下放大一些无用信号。

在调频方式下，电视的AGC信号与射频放大器断开，因为在VIF电路系统中不产生有意义的AGC信号。AGC信号的断开是通过二极管D1在AGC线102d上施加4.7V    FM收音机转接的VCC而实现的。电阻R3使AGC电路与被施加的VCC隔离。在通过二极管D1以后，该转接的VCC约为4V。对射频放大器102a的AGC控制端子上施加固定的4V信号使它以较低增益工作方式工作。

通过截止SAW滤波器前置放大器105来阻止无用的FM无线电信号到达“单片”电视信号处理器130的输入端。前置放大器105的截止是通过基极电阻R7向晶体管Q2施加已转接的FM收音机的电压VCC而随后在SAW滤波器前置放大器105的控制输入端上施加一个控制信号而实现的。已截止前置放大器105衰减了信号处理单元130输入端的无用FM无线电信号。

现在参照图2和图3来描述本发明。图2示出诸如鉴频器单元183之类典型的FM鉴频器单元的频率响应200。在图2中，符号ω_o表示鉴频器被调谐的频率，符号ω_f表示被解调的FM载波的标称频率或中心频率。频率ω_f与调谐频率ω_o的偏移量为δ，以使中心频率位于频率响应200中在点a和点b之间延伸的、基本上是线性区域的大致中部的下坡上。对于FM载波信号的给定频偏△ω₁而言，产生了相应的信号幅度变化△V1。于是，FM载波信号可以通过将该载波施加在呈现图2所示特性曲线的鉴频器单元上而得到解调。这就是说，FM 载波向着点a的频率偏移将产生较大幅度的输出信号，而FM载波向着点b的频率偏移将产生较小幅度的输出信号。

如上所述，同一鉴频器单元（即鉴频器单元183）既可用于FM广播（即宽带）信号解调，又可用于国家气象台发射的信号（即窄带信号）的解调。广播单声道FM无线电信号在整个动态范围内最大频偏为±75KHz，而立体声FM广播信号在动态范围的最大频偏为±68KHz（约10%的频偏由立体声解调所需的导频信号所使用）。该±68KHz频偏在图2中用符号△ω₁表示。由国家气象台发射的调频载波是一窄带信号，亦即，它在整个动态范围的最大频偏为±5KHz。这±5KHz频偏在图2中用符号△ω₂表示。

当国家气象台的具有±5KHz（△ω₂）频偏的信号施加在鉴频器183上时，它们产生如△V2所示范围的相应输出信号幅度。为了简化起见，图2未按比例画出。如果按比例画出，则△V1与△V2的巨大差别（约为22.67db）将会更明显。由广播FM波段的解调信号的输出幅度与国家气象台FM波段的巨大差别所导致的令人遗憾的结果是，调谐到FM广播台的收听者当他们把频道改为较小频偏的国家气象台的频道时要经历大幅度的音量减小。然后又迫使收听者为了重建正常音量而调节音量控制来增大音量。重要的是，要注意到对于国家气象台信号而言，从鉴频器来的输出信号幅度相当低以致于调在最大音量位置时再现的声频信号也是低得无法收听。在为增加音量而将其调定到最大位置以后，如果收听者又把频道变回到FM广播台时，则该调定好的音量之大又迫使收听者不得不再次调节以达到舒适的收听声级。在变换这两个不同的FM频段的电台时音量的这种反复调节对收听音来说是极其厌烦的。

考虑到：为接收和再现频偏大不相同的FM广播无线电信号和国家气象台信号，从天线到场声器方便地使用同一电路系统产生了如上所 述幅度不均衡的新问题。为了解决该问题，必须提供一些装置，用以均衡由该两个FM频段的载波解调后的信号幅度。

图3示出了对于不均幅度的输入信号从设定的第一增益自动转换到设定的第二增益的一种放大器的一个电路实施例。图3的电路有一个可选的发射极电阻，以在FM广播无线电接收方式下提供1.719的增益，而在国家气象台接收方式下提供23.38的增益。请注意20    log（23.38/1.719）＝22.67db，这个精确的数值需要补偿幅度的差别。选定增益为1.719来补偿FM广播无线电信号与电视伴音信号之间幅度上的差别。因而使TV、FM广播台和国家气象台的声级得到均衡。

图3示出一个立体声放大器300，它适合于用作图1的声频放大器190。放大器300包括右声道300R（其元件编号从301到309）和结构完全相同的左声道300L（其元件编号从301′至309′），以及一个控制电路310。左声道300L不再赘述，因为它的结构和操作完全与右声道300R相同。右声道信号施加在端子R上，在电阻R301两端产生，并经电容器C301交流耦合。电阻R302和R303为一放大晶体管Q301产生基极偏压。集电极电阻R304得出该放大器的输出信号。发射极电阻R305和R306及交流耦合的发射极电阻R308与集电极电阻R304、电阻R307及负荷阻抗（图中未画出）一起设定了该放大器的增益。电容器C302旁路了集电极电阻R304之高频。已放大的右声道信号经耦合电容器C303交流耦合到输出端。

该放大器的增益之所以能从一种低增益状态到一种高增益状态之间转换是通过在控制电路310的控制端C上施加的增益转换控制信号的控制下，在发射极电阻R306的周围提供了一个交流短路电路而实现的。再参照图1，增益转换控制信号是由控制器110产生的，并响应国家气象台是否正被调谐，而经线115施加在声频放大器190上。

现参照图3，电阻R312限制流入控制晶体管Q303基极的电流，而 电容器C305为增益转换控制信号提供高频滤波。电阻R310和R311为控制晶体管Q303产生基极偏压。施加在控制端子C上的高电平信号将使晶体管Q303和Q302导通，借此改变发射极对集电极的阻抗比，从而改变放大器增益。具体地说，电阻R308经耦合电容器C304交流耦合而与发射极电阻R306并联。在高增益方式下，电阻R306和R308两者的阻抗基本上从该电路里消失，而由饱和晶体管Q302的低阻抗所代替。重要的是要注意，因为电阻R308使电容器C304的负极板保持地电位，所以晶体管Q302只导通交流瞬变，因而消除了通过转换直流电流而产生再现的声频过程中的使人厌烦的喀呖声。

各元件的如下参数值可以给出令人满意的功能：

R301/R301′    7.5KΩ    C301/C301′    3.3μf

R302/R302′    68KΩ    C302/C301′    .015μf

R303/R303′    27KΩ    C303/C303′    1.5μf

R304/R304′    5.1KΩ    C304/C304′    100μf

R305/R305′    120Ω    C305/C305′    1000pf

R306/R306′    2.7KΩ

R307/R307′    1KΩ

R308/R308′    3KΩ

R309/R309′    3KΩ

R310    100KΩ

R311    62KΩ

R312    1KΩ

本文特别认可，本发明还可用于盒式磁带录像机（VCR）。本文所使用的“电视接收机”一词包括具有视频显示器的电视接收机（普遍称为“电视机”）和诸如盒式磁带录像机之类的无视频显示器的电视接收机。

Claims (3)

1、一种FM无线电接收机，包括：

调谐器装置(102)，用于以第一频段接收宽带的FM无线电射频信号和以第二频段接收窄带的FM无线电信号，所述调谐器装置(102)响应第一控制信号从多个FM无线电射频信号中选择一个特定的FM无线电射频信号，将所述选择信号的频率转换成为中频，并在其输出端上得出所述选取的中频信号；其特征在于还包括：

多个中频(IF)放大器装置(105，130和180)，用以放大所述选取的中频信号；

控制装置(110)，用以产生所述第一控制信号，以使所述调谐器装置(102)选择所述特定FM无线电射频信号；

多个用以从所述中频信号中解调出声频信号的装置(130，180)；

声频放大器装置(137)，用以接收来自用以解调(130b)和放大所述已解调的声频信号的所述装置的所述已解调声频信号，被控的所述声频放大器响应第二控制信号(119)，以低增益工作方式和高增益工作方式之一种方式来放大信号；

所述控制装置(110)，产生所述第二控制信号(119)，以使所述声频放大器装置(137)在所述调谐器装置(102)被控制以在上述第二频段内调谐所述窄带FM无线电射频信号之一时，能在所述低增益和高增益工作方式之间转换。

2、根据权利要求1所述的FM无线电接收机，其特征在于，所述解调装置（180）包括一个单一的鉴频器电路（183），而所述单一的鉴频器电路用来既解调所述宽带信号又解调所述窄带信号。

3、根据权利要求2所述的FM无线电接收机，其特征在于，所述声频放大器（137）是借助减小所述声频放大器的发射机电路中对交流信号的阻抗而从所述低增益工作方式变换到所述的高增益工作方式的。

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