CN1041784C - 电视伴音、调频广播及国家气象服务调频无线电信号的音频电平均衡 - Google Patents

电视伴音、调频广播及国家气象服务调频无线电信号的音频电平均衡 Download PDF

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Abstract

电视接收机中包括一单调谐器用于调谐电视频道和调频广播电台。该调谐器用作双变换调频接收机的第一变换级，一单独的混频器振荡器将调频无线电伴音中频变换为可用于电视接收机伴音通道中处理的4.5MHz。用单鉴频器电路来调谐。用于放大鉴频器电路输出信号的电路在放大具有第一频偏的调频信号时呈第一增益和第一音量控制范围，当放大具有第二频偏的调频信号时，呈第二增益和第一音量控制范围，当放大具有第三频偏的调频信号时，呈第二增益和第二音量控制范围。

Description

电视伴音、调频广播及国家气象服务调频无线电信号的音频电平均衡
于1990年8月6日提交的相关申请561583、561584、561585、561586、561587、561588、561589号和1990年8月23日提交的571857号以及1990年11月15日提交的613034号美国专利申请涉及共同的主题。
本发明总地涉及用于接收调频广播和国家气象服务信号的调频无线电接收机领域，具体地讲，涉及包括用于接收调频广播和国家气象服务信号的调频收音机的电视接收机。
在美国，调频广播无线电波段所占据的频段约从88MHZ至108MHZ。这一频段处在划归给广播电视6频道和有线电视98频道间的频率上。此外，国家气象服务调频广播无线电信号在靠近162．5MHZ的频段上。可接收调幅广播、调频广播、国家气象服务无线电信号以及电视伴音信号的单调谐器多波段无线电接收机可从诸如香港制造的联邦通信委员会识别号为BGK 91F 2239的2239型温莎牌收音机中了解到。
能接收广播调频信号的电视接收机已从先有技术中获悉。由Allen B．Dumont Laboratories(新泽西州帕塞伊克)制造的Dumont RA-119A型电视接收机就是一类具有单调谐器的既能接收电视信号又能接收广播调频无线电信号的电视接收机的实例。这类单调谐器的电视接收机是在1949年初至1952年底期间生产的，它采用连续的调谐电路结构以调谐频率在44MHZ至217MHZ之间的信号。这类电视接收机采用了所谓的伴音分路中频系统，也就是单个伴音中频通道被调谐到41．25MHZ。电视和调频收音机的伴音信号直接从41．25MHZ的电视伴音中频信号中解调出来。
现代的电视接收机已摒弃了伴音分路中频系统而对内载波伴音系统感兴趣，这种系统不复杂、耗费低且更可靠。内载波伴音中频系统的优点在于，在发送器中，图像和伴音载波频偏误差保持相近，以使得它们之间永远保持相隔4．5MHZ。在内载波伴音中频系统中，该伴音中频信号随在单中频放大器中的图象中频信号一起放大。在放大之后，通过将41．25MHZ的伴音中频信号对在45．75MHZ的图象载波频率的信号的“差拍”(即外差)，而将伴音信号变换成4．5MHZ的内载波伴音中频信号。随后，从最终的4．5MHZ的内载波信号中解调出该电视伴音信号。
现代内载波伴音型电视接收机不再恢复和重现广播调频无线电伴音信号，因为调频无线电信号中缺少一个对于电视接收机电路来说需用来恢复该伴音信号的在图象载波频率下的信号。因此，采用内载波伴音系统的结果，使电视制造商需要让电视接收机具备接收广播调频无线电信号的能力，增加一个具有其自己的调谐器的单独的调频收音机。
Wignot等人的共同未决美国专利申请561588《电视接收机中的立体声调频收音机》中，公开了一种双变换调频收音机，其中的第一变频级为电视调谐器。Wignot等人的共同未决美国专利申请561586，《只合成中心频率的国家气象无线电接收》中，公开了一种系统，其中以电视调谐器作为第一变换级的双变换调频收音机可接收调频无线电广播信号和以一种信息形式发送的信号，例如在美国这种信息为国家气象服务信息，以上的两种信号是由包括同一鉴频器电路的同一块电路处理的。
遗憾的是，用同一鉴频器电路解调调频广播信号和国家气象服务信号将产生在鉴频器电路输出端再现信号的幅度参差不齐的问题。试想解调音频信号的幅度是调频载波频率与其标称中心频率的偏移的函数。具体讲，巨大幅度差异问题的出现是由于广播调频立体声无线电信号的峰值频偏约为68KHZ，而国家气象服务调频无线电信号的峰值频偏仅5KHZ。这两个信号的幅度差等于20log(68／5)=22．67分贝。这种境况将使听众在将接收机调谐到国家气象服务台时要大大地提高音量，而在调回到调频广播台时又要大大地降低音量。上述问题已在Wignot等人的共同未决美国专利申请613034，《调频广播和国家气象服务调频无线电信号的音频电平均衡》中论及。
装备有单声道调频收音机的电视接收机已在Wignot的美国专利561589，《电视接收机的单声道调频收音机》中公开了。在该系统中，43．5MHZ的调频伴音中频载波未被转换成标准调频收音机集成电路中所用的10．7MHZ，而是经单独的混频器振荡器单元转换为4．5MHZ，以由电视接收机的音频处理部分进一步处理。当这种系统也被用来接收国家气象服务广播时，音频电平不等的问题会被加重，这是由于不仅是两个而是三个(即：电视伴音、调频广播和国家气象服务)不同频偏的调频信号被加到同一鉴频器上。
在具有用来调谐第一频偏的调频信号、第二频偏的调频信号及第三频偏的调频信号的单调谐器和单鉴频器电路的接收机中，用于放大鉴频器电路输出信号的电路当放大具有第一频偏的调频信号时，呈现第一增益及第一音量控制范围，当放大具有第二频偏的调频信号时，呈现第二增益和第一音量控制范围，当放大具有第三频偏的调频信号时，呈现第二增益和第二音量控制范围。
本发明的目的在于提供一种用于接收诸如窄带和宽带的不同偏差的调频信号的接收机，并且它对不同带宽的调频信号都能提供相对均一的音频电平。
实现本发明的接收机包括用于接收第一频带的宽带调频信号和第二频带的窄带调频信号的调谐装置。该调谐装置根据第一控制信号选择第一和第二频带之一。该调谐装置将在选定频带内的选定调频信号根据第二控制信号转换成中频信号。耦合到调谐装置用于将中频信号解调成音频信号的解调装置。耦合到解调装置用于放大音频信号的音频放大器。音频放大器的增益是受第三控制信号控制的。根据本发明，接收机包括用于产生选定调频信号的数字代表的用户选择装置；以及用于根据选定的调频信号的数字代表产生第一、第二和第三控制信号的控制装置。
根据本发明的特征，解调装置包括用于解调宽带调频信号和窄带调频信号的中频信号以提供音频信号的单一鉴频器电路。
图1以方框图形式示出采用本发明的电视接收机；
图2示出适用于图1所示的鉴频器电路的单调谐的鉴频器电路的频响；
图3以示意图形式示出图1的音频电平控制单元的实施例。
参见图1，电视射频(RF)信号和调频广播射频信号被加到总地以100表示的调频陷波电路的RF输入端子上。该调频陷波电路100将在下文参考图3加以详细描述。在调频陷波电路100输出端的RF信号被加到调谐器102上。调谐器102包括一个RF放大器102a，用以放大射频(RF)信号，并将此放大后的RF信号加到混频器102b的一个输入端子上。调谐器102还包括一用来产生本机振荡信号的本机振荡器102c，当本机振荡信号加到混频器102b的第二输入端后，与放大后的RF信号外差并产生一电视中频频率的输出信号。调谐器102在调谐器控制单元104的控制下选择一特定RF信号。另外，调谐器控制单元104也可被包括在调谐器102内。调谐器控制单元104经导线103将调谐控制信号加到调谐器102上，经控制总线103 ′将波段开关信号加到调谐器102上。调谐控制信号和波段开关信号控制本机振荡器102c振荡的频率，由此确定哪一个RF信号被变换(外差)为中频频率。调谐器控制单元104由控制器110控制。可以是微处理器或微机算机的控制器110包括一中央处理单元(CPU)112、只读存贮器(ROM)114和一个随机存取存贮器116。控制器110接收从本机键盘122上和红外接收器120上由用户输入的控制信号。红外接收器120接收遥控单元125发送的遥控信号并对该信号解码。
由调谐器102产生的中频信号被加到声表面波(SAW)滤波器前置放大器105上，它放大该中频信号并经SAW滤波器106将放大的中频信号加到视频信号处理单元130上。视频信号处理单元130包括一视频中频(VIF)放大级、自动增益控制电路(AGC)、自动微调电路(AFT)，视频检波器及一伴音中频(SIF)放大级。处理单元130产生一基带全电视信号和一伴音载波信号。该伴音载波信号被加到音频信号处理器单元135上。音频信号处理器单元136产生一音频信号并将其加到音频放大器单元137上。音频放大器单元137产生一放大的基带音频信号并将其加到扬声器138上用于伴音重放。单元130、136和155为所谓“单片”信号处理集成电路128的一些部分。
基带视频信号被耦合到视频处理器单元155和显象管驱动放大器156上，并且最终在显示装置158的显示屏上显示。视频信号还被加到同步分离器单元160上，它驱动加在其上的垂直和水平同步信号。被驱动的垂直和水平信号被加到偏转单元170上产生用于显示装置158的偏转线圈组件的偏转信号。在控制器110的控制下，屏上显示处理器140产生字符信号，并将它们加到视频信号处理器155的第二输入端上，用于显示装置158的显示。描述到此的电路，除了图1所示具体的调频陷波电路外，均可从RCA CTC 156彩色电视机机箱上了解到。
由调谐器102产生的中频信号经SAW前置放大器105、 43．5MHZ带通滤波器145加到振荡器混频器电路180上。振荡器混频器电路180可以是简单的廉价的分立元件自振荡混频器电路，成为商业应用的如由菲利浦公司制造的TEA5591 A型晶体控制的单元。廉价的分立元件自振荡混频器电路已在共同未决的美国专利申请561589中描述了。
电视调谐器102用作调频广播波段的双变换调谐器的第一变频级，其中双变换调谐器的第二变频级由振荡器混频器电路180替代。也就是说，选择一特定调频无线电信号并从调频收音机频段的一个频率转换到43．5MHZ的第一中频频率。该43．5MHZ的值很重要，其选择将讨论如下：
处于第一中频的信号随后在混频器1806中与由振荡器混频器电路180产生的48．0MHZ的振荡器信号外差。外差处理的结果产生一在4．5MHZ的标称电视伴音中频频率的调频无线电信号，该信号随后在陶瓷谐振器182中被滤波。在陶瓷谐振器182输出端的信号随之被放大，并以普通方式由处理器单元130中的普通电视伴音中频处理电路检波。
调谐器102为频率合成型的，这意味着，在控制器110的控制下，本机振荡器频率可以一系列具有给定步长的步骤加以改变。在调频接收方式下，控制器110使振荡器102c以每步31．25KHZ改变其频率。这意味着对调频电台的最大失调误差为31．25KHZ／2即15．625KHZ。这是可以接受的，因为调频广播频率间相隔200KHZ。
现在解释作为双变换调频无线电接收机的第一中频的43．5MHZ频率的选择问题。如众所周知的，调谐器的幅——频特性的形状大致象钟形，彩色载波和象素载波残留在从钟形曲线最大值下约3分贝处的各对应侧边上。在这两个载波之间钟形曲线中央点上的频率约为44MHZ。熟悉此技术的人可相信这将是调频收音机系统的第一中频的最佳频率。但是，44MHZ几乎近为最低调频无线电频率(88．1MHZ)的频率值的一半，并将会产生以下问题。加到混频器上的信号的频率将被混频作用加倍。大多数的产物将在带外并被耦合在混频器的输出端上的调谐电路所滤除。如果以44MHZ用作第一中频，则本机振荡器102c为了调谐88．1MHZ的调频载波而将振荡在132．1MHZ上。在那种情况下，将产生以下信号：
132．1MHZ-88．1MHZ=44MHZ(所希望的信号)
并且：
2×88．1MHZ-132．1MHZ=44．1(不希望有的镜象)
该不希望有的镜象信号还在第二中频的带宽内。这种情况将引起在系统音频输出端上的干扰和失真。由于调谐器调频陷波电路在88．1MHZ上所做衰减非常小，并将使得在输入信号电平较低时在调谐器中产生互调失真，使问题变得进一步复杂了。大于44MHZ但低于象素载波的45．75MHZ的频点将在较高调频无线电台上产生静象问题。因此，最佳值为在低于44MHZ但高于彩色载波的42．17MHZ(因为低于彩色载波将导致信号从钟形曲线上迅速下降)的频率上。43．5MHZ对于提供对称信号来说是足够靠近于钟形曲线的峰顶了，对于避免镜象干扰问题来说离44MHZ也足够远了。当第一中频频率选为43．5MHZ时，本机振荡器102c受控制而振荡在131．6MHZ以选择88．1MHZ的调频载波。这将产生以下输出信号：
136．1MHZ-88．1MHZ=43．5MHZ(所希望的信号)
2×88．1MHZ-131．6MHZ=44．6MHZ(不希望有的镜象)
该不希望有的镜象信号偏离于所希望的信号1．1MHZ，且在第二中频级的300KHZ带宽之外，这将导致失真。事实上，频率在43．5MHZ和彩色副载波频率之间的信号是最好的作为上述双变换调谐器的第一中频的候选信号。
工作中，控制器110经本机键盘122或经红外接收器120接收一个命令，以进入到调频收音方式。相应地，控制器110经电阻R1将信号加到晶体管Q1的基极。晶体管Q1导通，使电压源加到整流电路R2、D2上，随后将电源Vcc加到振荡器混频器电路180上使其工作。
RF放大器的增益被控制，以使其工作在最大增益下，而且中频AGC也被设置到最大增益。
惊奇地发现，调频陷波电路在使用单调谐器来接收电视信号和广播调频无线电信号的电视接收机中是会产生有益效果的。具体讲，调频陷波电路衰减调频无线电信号，这种无线电信号若不被衰减的话将在电视调谐器输入端上有过大的幅度。在此还能认识到，调频陷波电路呈现一个具有较窄“裙缘”的频响，以使得相邻电视频道的信号间的干扰最小，并且，在整个调频无线电广播波段内具有较平坦的带阻区以使调频信号具有基本均匀的幅度。
还可认识到，本发明的装置可调谐在信息服务广播上，在美国，该信息服务可为国家气象服务(NWS)。这些广播分配在以下七个频率上：162．400MHZ、162．425MHZ、162．450MHZ、162．475MHZ、162．500MHZ、162．525MHZ及162．550MHZ。在给定地区上只配给这些频率中的一个频率。通常的气象无线电接收机有一个可选择三个晶体控制频率其一的开关以接收广播。
在这里更进一步认识到，当NWS方式被选定后，只有NWS波段的中心值要加以调谐。由以下三个原因使它得以实现。第一，中频滤波器具有190KHZ 3db带宽，该带宽宽度大于NWS频段的150KHZ的总通道宽度。第二，所用鉴频器特性良好甚至从调谐频率上+／-1000KHZ时，性能仍良好。第三，只有少量或没有NWS电台的交叠(因为NWS的各频率是专用的，并且在给定区域上仅有一个发射器在工作)。
本发明将参考图2和图3加以描述。图2示出典型调频鉴频器单元(例如鉴频器单元183)的频响200。在图2中，符号ωo代表鉴频器所要调谐到的频率。符号ωf代表将被解调的调频载波的标称或中心频率。频率ωf从调谐频率ωo位移一个量δ，因此中心频率ωf在频响200的斜线低端的、在点a和b之间伸展的、基本为线性区域的靠近中心位置上。对于调频载波信号的给定频率偏移Δω1，产生一个对应的信号幅度变化ΔV1。通过将载波加到具有如图2所示特性的鉴频器单元上可解调一调频载波信号。也就是说，朝向点a的调频载波的频率偏移将产生一个较大幅度的输出信号，朝向点b的调频载波的频率偏移将产生一个较小幅度的输出信号。
如上所述，采用同一鉴频器单元(即在电视信号处理集成电路28中的鉴频器单元)用于调频广播(即宽带)信号、为国家气象服务所发信号(即窄带信号)以及电视伴音信号的解调。广播单声道调频无线电信号最大频偏的满动态量程为±75KHZ，广播立体声调频信号的最大频偏的动态量程约为±68KHZ(约10％的频偏被用于立体声解调的导频信号)。该±68KHZ的频偏是由图2中的符号Δω1代表。对整个动态范围来说，电视台发射的调频载波呈现的最大频偏的满动态范围为±25KHZ。该±25KHZ的频偏由图2中的符号Δω2代表。为国家气象服务所发射的调频载波为一窄带信号，也就是说，其最大频偏的满动态范围为±5KHZ。该±5KHZ的频偏由图2中的符号Δω3代表。
当具有±5KHZ(Δω3)频偏的国家气象服务信号加到鉴频器183上后，产生一幅度在如ΔV3所示范围内的对应输出信号。为简化起见，图2未按比例描绘。如果是按比例描绘的话，ΔV1和ΔV3之间巨大差值(约为22．67分贝)将更明显。在调频广播波段和国家气象服务调频波段的解调信号的输出幅度上的不适宜的巨大差值，将使得调谐在调频广播电台的听众在当要将频道转换到国家气象服务台时，需大大地降低音量。随后，听众将被迫通过调节音量控制器企图再建立一个普通音频电平而增加音量。值得注意的是国家气象服务信号在鉴频器上的输出信号幅度非常低，以至在音量调节的最大值时，仍使被再现的音频信号低得不可接受。在提高音量调节使其到达其最大位置时，如果听众随后将频道再拨回到调频广播电台上，则音量调节将是太高了以迫使听众再次将其调到适宜收听的水平上。当在不同调频波段的电台间变换时，这种重复的音量调节将给听众带来极大的麻烦。
在此还可发现从天线端子到扬声器采用同一电路的优越性，但该同一电路为了接收和再现全部不同调频广播无线电信号和国家气象服务信号及电视伴音信号产生了新的如上所述的幅度不等问题。为了解决上述问题，必须提供一些装置以均衡从两个调频波段上解调的信号的幅度和电视伴音信号的幅度。
再参见附图1，音频控制单元190从控制器110与接收音量控制(VOL)信号和增益开关控制(A和B)信号。音频电平控制单元190将音量控制(VOL)信号经控制线197加到信号处理器单元128的音频放大器部分136上，经控制线198将增益控制信号(GAIN)加到音频放大器单元137上。图3示出音频电平控制单元190的详细电路。音频电平控制单元190自动地将放大器137从第一增益设置级切换的第二增益设置级上，并将音频处理器单元136的音量控制范围从第一范围切换到第二范围以补偿幅度不等的输入信号。对于每种方式下，增益设置级和音量控制范围(即衰减度)如下表1所示：
表1
Figure 92103213001442
图3所示电路以如下途径完成表1所需的功能。包括电阻R301、R302、R303、R304和R305的分压器电路耦合在电压源(+Vcc)和地之间。在电阻R302和R303的连接点(节点C)产生的电压被耦合到虚线框出的方框328内的衰减器的控制输入端上。虚线框328示出了图1的信号处理集成电路128的一部分电路。音量控制信号(VOL)经耦合电阻R301耦合到节点c上，并调制在节点c产生的控制电压。在控制器110中产生音量控制信号(VoL)并经图1中的控制线192耦合到电阻R301上。包括电阻R306和R307的晶体管开关电路中的晶体管Q301其集电极耦合到电阻R303和R304的联结点上，其发射极耦合到地。经控制线194耦合过来的控制信号A在电视(TV)方式下呈有效高电平(即+5V)，在调频(FM)和国家气象服务(NWS)方式下，呈现有效低电平(约为OV)。在电视(TV)方式下，Q301根据信号A而导通，有效地短路(旁路)了电阻R305，并且改变了分压比。也就是说，当Q301截止时，在节点c产生的电压等于(R303+R305)／(R302+R303+R305)*Vcc。而当Q301导通时，在节点c产生的电压等于(R303)／(R302+R303)*Vcc。这个比率的改变使对电视伴音信号的衰减少于对广播调频信号的衰减，以补偿调频广播无线电信号和电视音频信号幅度间的幅度差。
虚线框337中包含了一个适用于本发明的典型音频放大器，并与图1中的音频放大器137对应。音频放大器是通过使饱和晶体管Q302对电阻318的旁路而改变电阻电路R316、R317和R318的反馈比来进行增益控制的。对电阻R318的旁路可大大增加放大器337的增益(即约22分贝)。晶体管Q302根据在NWS方式下经图1的控制线196耦合过来的有效高电平控制信号B而导通的。请记住在NWS方式下，信号A处于它的低电平状态。这样，提供给电路328的衰减器上的衰减控制信号在其正常范围内。在调频广播方式下，信号A和B都是处在低电平，使得衰减和增益都处在其正常设置水平上。这样均衡了电视、调频广播收音机和国家气象服务的音频电平。
在此特别需明确的是，本发明在盒式磁带录象机(VCR)中也是有用的。在此所用的电视接收机一词应包括具有视频显示装置(如电视机)的电视接收机和没有显示装置的，诸如VCR的电视接收机。

Claims (2)

1．一种接收机，包括：
用于接收第一频带的宽带调频信号和第二频带的窄带调频信号的调谐装置(102)；
所述调谐装置(102)根据第一控制信号选择所述第一和第二频带之一；
所述调谐装置(102)将在选定频带内的选定调频信号根据第二控制信号转换成中频信号；
耦合到所述调谐装置(102)用于将所述中频信号解调成音频信号的解调装置(128)；
耦合到所述解调装置(128)用于放大所述音频信号的音频放大器(137)；
所述音频放大器(137)的增益是受第三控制信号控制的；
用于产生所述选定调频信号的数字代表的用户选择装置(122，120，125，110)；以及
用于根据所述选定的调频信号的所述数字代表产生所述第一、第二和第三控制信号的控制装置(104，190)。
2．如权利要求1的接收机，其特征在于：解调装置(128)包括用于解调所述宽带调频信号和所述窄带调频信号的中频信号以提供所述音频信号的单一鉴频器电路(130)。
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