CN1040601C - 调频接收装置 - Google Patents

Abstract

一种调频接收装置，具有判断一定值的直流电压范围是否引入调频解调电路的引入判断电路。在其判定为未引入时，使开关27断开，切换负反馈电路，同时切换控制开关29，将构成声音选台用PLL电路的LPF电路的输出电压V_T引至VCO20；在其判定为已引入时，开关27接通，构成负反馈电路，同时切换控制开关29，以使时间常数比LPF电路25大的LPF电路28的输出电压V_T引至VCO20。

Description

调频接收装置

本发明涉及利用调频(FM)负反馈方式的调频接收机，特别是涉及要求过调制时有效的解调方式。

如所周知，对于利用同步卫星的电视图像信号及声音信号的传送系统，由于与调幅(AM)方式相比，具有频带宽、噪音低的特征，所以，通常广泛地采用频率调制方式。然而，在频率调制方式中，电场弱时，将发生脉冲噪音急剧增加的所谓门限现象，从而引起图像和声音的质量显著地降低。

因此，以往人们在调频接收装置中通常使用门限改良式解调电路(TED：Threshold Extenion Demodulator)。并且，对于该门限改良式解调电路、设计了跟踪滤波方式、调频负反馈方式和负反馈相位检波方式等各种方式。

其中，对于声音信号的传送系统，采用调频负反馈方式的调频接收装置最合适。该调频接收装置将从VCO(电压控制振荡电路)输出的振荡信号与接收的声音副载波混频，生成中频信号，将该中频信号经调频解调处理后，得到声音信号。

这时，根据频率解调后的声音信号，通过构成可使VCO的振荡频率随输入声音副载波的频率变化而变化的负反馈电路，可使中频信号的频率变化小于输入声音副载波的频率变化。VCO也可由选台用的PLL(相位同步电路)电路控制其振荡频率。

但是，在使用调频负反馈方式的先有的调频接收装置中，当要求调制度大于某一定值即要求过调制时，由于负反馈量小，所以，解调输出波形将发生畸变、音质变差。另外，为了增大负反馈量而在负反馈电路中插入放大电路等时，则连低频区也加了负反馈，所以，选台用的PLL电路的低频区的直流成分将与负反馈环的交流成分相遇，结果，不能顺利地进行工作。

因此，本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的旨在提供一种即使要求过调制也可以得到畸变小的解调输出波形的性能极佳的调频接收装置。

根据本发明的一个方面的调频信号接收装置的特征在于包括：

混频装置，该装置与一个压控振荡器相连，用于将来自该压控振荡器的振荡信号与一个频率调制信号进行混频，从而将该频率调制信号转换成一个待输出的中频信号，

解调装置，该装置接收上述混频装置输出的且经中频滤波后的信号，用于对该信号执行频率解调处理，并且输出经频率解调的信号，

判断装置，该装置与上述解调装置相连，用于判断是否有具有预定或更高电平的频率调制信号输入上述解调装置中，

分频装置，该装置与上述的压控振荡器相连，用于按与选台要求对应的分频比将压控振荡器的振荡输出进行分频，

基准振荡装置，用于振荡出一个具有恒定频率的基准频率信号，

相位比较装置，该装置分别与上述的分频装置和基准振荡装置相连，用于将由上述的基准振荡装置输出的基准频率信号与上述分频装置输出的分频后的信号进行比较，

滤波装置，该装置与上述的相位比较装置相连，该装置由具有第一时间常数的第一滤波器和具有比上述第一时间常数长的第二时间常数的第二滤波器构成；由上述的相位比较装置输出的控制信号有选择地加到上述的第一和第二滤波器上，以生成其电平可以控制上述压控振荡器的振荡频率的电压，从而构成一个相位同步环路，

带宽限制装置，该装置与上述的解调装置相连，用于对从上述解调装置输出的解调信号执行带宽限制处理，以生成一个其电平可以控制上述压控振荡器的振荡频率的电压，从而构成一个反馈环路，以及

切换装置，该装置与上述的判断装置和上述的滤波装置相连，用于切换下面的操作：一个操作是在上述判断装置判定没有具有预定或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由上述第一滤波器发生的第一电压电平供给上述的压控振荡器；另一操作是在判定有具有预定电平或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由第二滤波器产生的电压电平和上述的带宽限制装置产生的电压电平之和供给上述的压控振荡电路。

按照上述结构，利用判断大于指定电平的频率调制信号是否已输入解调装置的判断装置，在判定为已输入频率调制信号大于指定电平的状态下将由反馈电路发生的第二电压电平供给电压控制振荡器，构成负反馈电路，同时，将第二滤波器发生的电压电平供给电压控制振荡器，取代选台用相位同步电路的第一滤波器发生的第一电压电平，所以，要求过调制时，即使增大调频负反馈的反馈量，也可以得到对选台用相位同步电路没有任何影响并且畸变小的解调输出波形。

根据本发明的另一方面提供的调频信号接收装置的特征是：在上述的调频信号接收装置的基础上还设有：

保持装置，该装置与上述的滤波装置相连，用于在上述相位同步环路处于同步状态时保持上述滤波装置输出的电压电平，另外，

所述的滤波装置与上述的相位比较装置相连，用于接收由相位比较装置输出的控制信号，生成一个其电平可以控制上述压控振荡器的振荡频率的电压，从而构成一个相位同步环路，

上述的切换装置分别与上述的滤波装置、保持装置和上述的判断装置相连，用于切换下面的操作：一个操作是在上述判断装置判定没有具有预定或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由上述滤波装置发生的第一电压电平供给上述的压控振荡器；另一操作是在判定有具有预定电平或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由上述的保持装置产生的电压电平和上述的带宽限制装置产生的电压电平之和供给上述的压控振荡电路。

按照上述结构，利用判断大于指定电平的频率调制信号是否已输入解调装置，在判断为已输入大于指定电平的频率调制信号的状态下，将反馈电路发生的第二电压电平供给电压控制振荡器，构成负反馈电路，同时将保持选台用相位同步电路的同步状态的第一电压电平的保持装置所保持的电压电平供给电压控制振荡器，取代选台用相位同步电路发生的第一电压电平，所以，要求过调制时，即使增大调频负反馈的反馈量，也可以得到对选台用相位同步电路没有任何影响并且畸变小的解调输出波形。

图1是用于说明使用调频负反馈方式的调频接收装置的框图；

图2是本发明的调频接收装置的一个实施例的结构框图；

图3是同一实施例的电压控制振荡电路的详细结构框图；

图4是本发明其他实施例的结构框图。

下面，在说明本发明的一个实施例之前，先参照图1说明采用最适合于声音信号的传送系统的调频角反馈方式的调频接收装置的概况。即，供给输入端子11的声音副载波输送给MIX(混频)电路12，通过与VCO20的振荡输出信号混频，变换为中频信号。

从该MIX电路12输出的中频信号输给BPF(带通滤波器)电路13，滤掉不需要的频率成分后，输给频率解调电路14，通过进行频率解调处理，解调为声音信号。并且，从该频率解调电路14输出的声音信号输出给放大电路15，经放大后从输出端子16输出。

这时，从频率解调电路14输出的声音信号输给LF(回路滤波器)电路17，抽出低频成分。并且，LF电路17的输出信号输给直流阻断电路18，除掉直流成分后，通过由加法电路19和上述VCO20构成的反馈电路21反馈给MIX电路12。这样，便从MIX电路12发生上述中频信号，该中频信号具有输入声音副载波的频率与VCO20的振荡输出信号的频率之差的频率。

另外，上述VCO20的振荡输出信号通过可变分频电路22送给相位比较电路23的一个输入端。从本地振荡电路24输出的一定频率的振荡信号输给该相位比较电路23的另一个输入端。并且，该相位比较电路23将可变分频电路22的输出信号与本地振荡电路24的输出信号进行相位比较，发生与该相位差成分对应的相位差控制信号。

这里，从该相位比较电路23输出的相位控制信号送给LPF(低通滤波器)电路25后，变换为控制电压V_T。从该LPF电路25输出的控制电压V_T送给加法电路19，与直流阻断电路18的输出电压进行电平迭加运算后，送给VCO20。这样，VCO20便控制其振荡频率使可变分频电路22的输出信号与本地振荡电路24的输出信号的相位差成分消失。

即，由上述VCO20、可变分频电路22、相位比较电路23、本地振荡电路24和LPF电路25构成声音选台用PLL电路26，通过改变可变分频电路22的分频比，从接收的多个频道的声音副载波中选出所希望的频道的声音副载波。

这里，图1所示的调频接收装置是在普通的超外差式的调频接收机中增加反馈电路21而构成的。因此，例如设频率调制信号的频率偏移△F为±75KHz，最高调制频率f_max为15KHz，根据卡森定律，则超外差式调频接收机所需要的带宽B为频率偏移△F和最高调制频率f_max之和的2倍，即

B＝2(△F+f_max)

 ＝2(75+15)

 ＝180KHz    (1)

所以，设玻尔兹曼系数为K，绝对温度为T，则门限电平P_TH为

P_TH＝8KTB

   ＝8KT×180×10^-3    (2)

其次，若考虑存在反馈电路21，则从MIX电路12输出的中频信号的频率通常为输入信号(声音副载波)的频率与VCO20的振荡输出信号的频率之差。因此，若选择反馈电路21的极性使得VCO20的振荡频率随输入信号的频率变化而变化，即成为负反馈，则中频信号的频率变化将压缩得小于输入信号的频率变化。

并且，这种反馈系统和通常的低频放大电路的反馈相同，是一种负反馈，它将调频信号经过环路的一部分进行传送，所以，称为调频负反馈。

如上所述，中频信号的频率偏移△F₃等于输入信号的频率偏移△F₁与VCO20的振荡输出信号的频率偏移△F₂之差，即

△F₃＝△F₁-△F₂    (3)

另外，从输出端子16得到的声音信号的输出振幅V₀等于中频信号的频率偏移△F₃、频率解调电路14的解调灵敏度K₁和放大电路15的增益G₁的乘积，所以有

V₀＝△F₃·K₁·G₁    (4)

VCO20的振荡输出信号的频率偏移△F₂等于其调制灵敏度K₂、从频率解调电路14输出的声音信号的输出振幅(V₀/G₁)和LF电路17的增益G₂的乘积，所以有

△F₂＝K₂(V₀/G₁)G₂    (5)

这里，从上述(3)式、(4)式和(5)式中消去VCO20的振荡输出信号的频率偏移△F₂和中频信号的频率偏移△F₃，求输入信号的频率偏移△F₁与从输出端子16得到的声音信号的输出振幅V₀的关系，则得

V₀＝K₁G₁△F₁/(1+K₁K₂G₂)    (6)(6)式就是描述采用调频负反馈方式的调频接收装置的动作的基本公式。

然后，若根据上述(4)式和(6)式求输入信号的频率偏移△F₁与中频信号的频率偏移△F₃的关系，则得

△F₃＝△F₁/(1+K₁K₂G₂)    (7)(7)式表示中频信号的频率偏移△F₃压缩为输入调频信号的频率偏移△F₁的

1/(1+K₂K₂G₁)倍。

若仅从上述说明考虑，如果增大负反馈电路的增益，则门限电平可为任意值，但是，实际上有通过负反馈电路返回的噪音，若增大电路的增益，则噪音也增大，从而影响门限。因此，在采用调频负反馈方式的调频接收装置中，存在由输入调频信号的调制度、调制频率以及VCO20的线性等所决定的最佳的电路增益，当设定为该最佳的电路增益时，便可得到最好的门限电平。

其次，若考虑将上述调频负反馈方式应用于卫星广播用的接收装置的情况，例如，在4GHz的SHF广播(通信)中，是利用图像信号与频率调制的声音副载波的合成信号对4GHz的载波进行频率调制后进行传送的。其中，在5.0MHz-8.5MHz之间存在多个声音副载波，使用者从中选择所希望的声音副载波进行接收。

因此，在图1所示的调频接收装置中，如前所述，通过利用将从LPF电路25输出的选台用的控制电压V_T与直流阻断电路18的输出电压进行迭加得到的电压控制VCO20的振荡频率，可以利用声音选台用PLL电路26同时进行调频负反馈和声音选台。

然而，在使用上述调频负反馈方式的调频接收装置中，当要求调制度大于某一定值(该值由BPF电路13及频率解调电路14的动态范围决定)即要求过调制时，由于施加调频负反馈的LF电路17的反馈量小，所以，声音输出失真。

另外，尽管如此，若为了增大调频负反馈的反馈量而插入放大电路等进行放大时，则连低频区也加了负反馈，所以，声音选台用PLL电路26的低频区的直流成分将与通过调频负反馈电路的交流成分相遇，从而不能顺利地工作。

因此，下面参照附图详细说明本发明的一个实施例。在图2中，与图1相同的部分标以相同的符号。即，在上述直流阻断电路18与加法电路19之间插入开关27，通过有选择地切换为接通状态和断开状态，允许或切断将直流阻断电路18的输出供给迭加电路19。

另外，设有LPF电路28和开关29，LPF电路28的时间常数大于上述LPF电路25，上述相位比较电路23的输出信号送给该LPF电路28；开关29有选择地将从该LPF电路28输出的控制电压V_T和从LPF电路25输出的选台用控制电压V_T导向迭加电路19。并且，这两个开关27和29由引入判断电路30的输出进行切换控制。即，引入判断电路30进行第一状态和第二状态这两个状态的切换控制，第一状态是使开关27成为断开状态而将开关29切换到LPF电路25一侧，第二状态是使开关27成为接通状态而将开关29切换到LPF电路28一侧。

该引入判断电路30判断在频率解调电路14中是否引入了一定值的直流电压范围，即大于指定电平的声音副载波是否已输入调频解调电路14。并且，当判定未输入时，该引入判断电路30将开关27、29切换控制为第一状态；当判定已输入时，将开关27、29切换控制为第二状态。

在上述实施例的结构中，首先在选择所希望的声音副载波的状态下，由于在频率解调电路14中未引入一定值的直流电压范围，所以，引入判断电路30将开关27、29切换控制为第一状态。于是，负反馈电路被切断，从LPF电路25输出的选台用的控制电压V_T供给VCO20，以使声音选台用PLL电路26锁定为想选择的声音副载波。并且，若声音选台用PLL电路26锁定为所希望的声音副载波，则这时从时间常数比LPF电路25大的LPF电路28输出的控制电压V_T保持不变。

另外，当声音选台用PLL电路26已锁定为所希望的声音副载波时，由于在频率解调电路14中已引入一定值的直流电压范围，所以，引入判断电路30将开关27、29切换控制为第二状态。于是，负反馈电路开始起负反馈作用，同时，声音选台用PLL电路26被切断，LPF电路28所保持的控制电压V_T供给VCO20。

再次进行声音副载波的选台时，由于在频率解调电路14中已变成未引入一定值的直流电压范围，所以，引入判断电路30将开关27、29切换控制为第一状态，使从LPF电路25输出的选台用的控制电压V_T供给VCO20。

因此，按照上述实施例的结构，由于声音选台用PLL电路26锁定为所希望的声音副载波，在频率解调电路14中已引入一定值的直流电范围的状态下，声音选台用PLL电路被切断，时间常数比LPF电路25大的LPF电路28保持的控制电压V_T供给VCO20，所以，当要求过调制时，即使增大调频负反馈的反馈量，对声音选台用PLL电路26也没有任何影响，从而，对于大约±500KHz的过调制，也可以防止声音输出失真。

这里，图3是上述VCO20的详细结构。即，供给输入端子31的上述直流阻断电路18的输出电压和供给输入端子32的由开关29选择的控制电压V_T，通过由电容器C1、电阻R1和电容器C2组成的电路进行电压迭加后，送给由变容二极管D1、线圈L1、NPN型晶体管Q1、电阻R2-R4和电容器C3-C5组成的构成为变形科耳皮兹型振荡电路VCO20。

这时，VCO20的振荡输出信号从输出端子33输出。设变容二极管D1的电容为C_D，电容器C3-C5的并联合成电容量为C₀，其他分布电容为C_s，则VCO20的振荡频率f₀可以表为

f₀＝〔2π〔L1(C_D+C₀+C_s)〕^1/2〕^-1通过利用上述迭加电压改变变容二极管D1的电容C_D进行控制。

下面，图4是本发明的其他实施例。与图2相同的部分标以相同的符号进行说明，其中设有电压保持电路34，用以在声音选台用PLL电路26相位锁定为所希望的声音副载波的状态下，保持从LPF电路25输出的选台用的控制电压V_T。并且，利用开关29将该电压保持电路34保持的控制电压V_T和从LPF电路25输出的选台用的控制电压V_T有选择地导入VCO20。

在上述实施例的结构中，首先，在已选择了所希望的声音副载波的状态下，由于在频率解调电路14中未引入一定值的直流电压范围，所以，引入判断电路30将开关27、29切换控制为第一状态。于是，负反馈电路被切断，从LPF电路25输出的选台用的控制电压V_T供给VCO20，以使声音选台用PLL电路26锁定为选择的声音副载波。并且，若声音选台用PLL电路26锁定为所希望的声音副载波时，则这时从PLL电路25输出的控制电压V_T被电压保持电路34所保持。

另外，当声音选台用PLL电路26已锁定为所希望的副载波时，由于在频率解调电路14中已引入一定值的直流电压范围，所以，引入判断电路30将开关27、29切换控制为第二状态。于是，负反馈电路开始起负反馈作用，同时声音选台用PLL电路26被切断，电压保持电路34所保持的控制电压V_T供给VCO20。

再次进行声音副载波的选台时，由于在调频解调电路14中已变成未引入一定值的直流电压范围，所以，引入判断电路30将开关27、29切换控制为第一状态，以使从LPF电路25输出的选台用的控制电压V_T供给VCO20。

因此，按照上述实施例的结构，声音选台用PLL电路26锁定为所希望的声音副载波，在频率解调电路14中引入一定值的直流电压范围的状态下，声音选台用PLL电路26被切断，由电压保持电路34保持的控制电压V_T供给VCO20，所以，当要求过调制时，即使增大调频负反馈的反馈量，对声音选台用PLL电路26没有任何影响，从而，对于大约±500KHz的过调制也可以防止声音输出失真。

另外，当电压保持电路34保持的控制电压V_T由于温度漂移等原因而发生偏离时，由于频率解调电路14中变成未引入一定值的直流电压范围，所以，引入判断电路30将开关27、29切换控制为第一状态，声音选台用PLL电路26再次动作后，正确的选台用控制电压V_T才能由电压保持电路34重新保持。

本发明不限于上述各实施例，在不超出其主旨的范围内，还可以以各种变形的形式进行实施。

如以上详细所述，按照本发明，要求过调制时也可以得到畸变小的解调输出波形。因此，例如应用于利用同步卫星的电视图像信号和声音信号等的传送系统的可能性极大。

Claims (2)

1.一种调频信号接收装置，其特征在于包括：

混频装置，该装置与一个压控振荡器相连，用于将来自该压控振荡器的振荡信号与一个频率调制信号进行混频，从而将该频率调制信号转换成一个待输出的中频信号，

解调装置，该装置接收上述混频装置输出的且经中频滤波后的信号，用于对该信号执行频率解调处理，并且输出经频率解调的信号，

判断装置，该装置与上述解调装置相连，用于判断是否有具有预定或更高电平的频率调制信号输入上述解调装置中，

分频装置，该装置与上述的压控振荡器相连，用于按与选台要求对应的分频比将压控振荡器的振荡输出进行分频，

基准振荡装置，用于振荡出一个具有恒定频率的基准频率信号，

相位比较装置，该装置分别与上述的分频装置和基准振荡装置相连，用于将由上述的基准振荡装置输出的基准频率信号与上述分频装置输出的分频后的信号进行比较，

滤波装置，该装置与上述的相位比较装置相连，该装置由具有第一时间常数的第一滤波器和具有比上述第一时间常数长的第二时间常数的第二滤波器构成；由上述的相位比较装置输出的控制信号有选择地加到上述的第一和第二滤波器上，以生成其电平可以控制上述压控振荡器的振荡频率的电压，从而构成一个相位同步环路，

带宽限制装置，该装置与上述的解调装置相连，用于对从上述解调装置输出的解调信号执行带宽限制处理，以生成一个其电平可以控制上述压控振荡器的振荡频率的电压，从而构成一个反馈环路，以及

切换装置，该装置与上述的判断装置和上述的滤波装置相连，用于切换下面的操作：一个操作是在上述判断装置判定没有具有预定或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由上述第一滤波器发生的第一电压电平供给上述的压控振荡器；另一操作是在判定有具有预定电平或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由第二滤波器产生的电压电平和上述的带宽限制装置产生的电压电平之和供给上述的压控振荡电路。

2.如权利要求1所述的调频信号接收装置，其特征在于：

保持装置，该装置与上述的滤波装置相连，用于在上述相位同步环路处于同步状态时保持上述滤波装置输出的电压电平，另外，

所述的滤波装置与上述的相位比较装置相连，用于接收由相位比较装置输出的控制信号，生成一个其电平可以控制上述压控振荡器的振荡频率的电压，从而构成一个相位同步环路，

上述的切换装置分别与上述的滤波装置、保持装置和上述的判断装置相连，用于切换下面的操作：一个操作是在上述判断装置判定没有具有预定或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由上述滤波装置发生的第一电压电平供给上述的压控振荡器；另一操作是在判定有具有预定电平或更高电平的频率调制信号输入到解调装置时，把由上述的保持装置产生的电压电平和上述的带宽限制装置产生的电压电平之和供给上述的压控振荡电路。

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