CN1076544C - 用于对调频信号进行解调的锁相环型装置 - Google Patents

Abstract

一种用于频率解调并使用锁相环的装置。根据本发明，为了使一个本地振荡器(11)的其控制信号(Vb)的函数频率变化线性化，通过一个电子模块(20)形成一个可变电容(Cv)，该电子模块(20)提供一个其变化是所述控制电压(Vb)函数的电容的等效值，并具有为补偿作为电容(Cv)的值的函数的所述振荡器频率线性偏差而建立的线性偏差。

Description

用于对调频信号进行 解调的锁相环型装置

本发明涉及到一种用于对调频信号进行解调并使用锁相环类型的装置，该装置包括提供具有其频率可由一个控制电压进行控制的输出信号的一个振荡器，和具有两个输入端的相位比较器，其中一个输入端用于接收需要进行解调的信号，另一个输入端用于接收所述振荡器的输出信号，所述相位比较器的输出提供一个信号给向所述振荡器提供控制信号的滤波装置，并提供一个用于解调装置的输出信号。

这种装置在文献FR-A-2 556 526中已经公开了。该文献把这种类型电路的原理、优缺点与只使用一个滤波器和一个相位比较器的另一种解调器电路进行了比较。

对频率解调的要求原则上涉及到应使解调信号不存在失真。特别是，由于在声音副载波之间和/或一个声音副载波与一个色度信号之间会产生线性误差，所以，对例如是一个由卫星传送的电视信号的信号进行解调提出了更高的要求。当寄生射线在图象中产生特殊的扰动莫尔效应时，这种误差在被解调的视频频率的频谱中显示出来。这种误差是可以避免的，在所使用频率的有用波段中，输出信号电压的微商(derivative)相对于输入信号的频率的变化不超过±1％。

当将被解调的信号频率的偏差很大时，获得这样一个线性性能是很困难的。如果中心操作频率的偏差为10％或更大时，由于可控电压振荡器的频率响应不是它的控制电压的线性函数，所以具有弱失真的解调将很困难。

本发明的目的是提供一个解调装置，该装置在输入信号频率变化的相对较宽区域中具有该信号中心频率的±10％数量级的改善了的线性。

根据本发明，所述解调装置的特征在于所述振荡器包括由一个电感、一个固定电容和一个通过由耦合到至少一个固定电容器上的电子模块形成并提供一个与可变电容等效值的可变电容并联形成的谐振电路，作为提供给所述模块的控制电压的函数，所述可变电容等效值具有以用于在固定频率范围内补偿作为所述可变电容函数的所述振荡器频率响应线性偏移为特性的值。

由此，根据本发明的解调装置使用一个电子模块作为可变电容，该可变电容的值相对于施加给这个电子模块的控制电压遵守一个精确的规律。通过在所述控制电压和可变电容值之间提供一个非线性关系，本发明可以在至少是由调频信号扫描的频率范围内使得所述振荡器的频率响应成为这个控制电压的线性函数。借助于适当的控制，可以获得实际上较好的补偿以用于产生一个振荡频率，该频率是所述控制电压的线性函数。在没有这种较佳补偿的情况下，总是可以在所述振荡器的频率响应中借助于所述控制去获得作为其控制电压函数的一个拐点并将这个拐点放入将被进行解调的所述信号中心频率的附近。在这个中心频率周围变化的有用范围内可以获得令人非常满意的线性补偿。

作为可变电容，以与一个或多个固定电容器相耦合为基础的一个公知电路可以被用于提供一个可变电容等效值，该可变电容具有一个利用适当的控制信号以精确的和可再现的方式变化的值。

根据本发明的最佳实施例，该装置的特征在于电子模块包括一个差分输出跨导型放大器和一个对称耦合到两个固定电容器上的吉尔伯单元，该放大器由具有适用于吉尔伯单元输入端电压的二极管在输出端充电。

用于实现一个可变电容等效值的吉尔伯单元提供了一个涉及精确度和结果再现的特殊优点。

当将被解调的信号频率足够高时，组成这个单元的元素很容易与固定电容集成起来，并且允许使用只有几个微微法的电容器。当该电容器与解调装置集成起来时，这个装置的实现更加简单了。

为应用检索到的线性校正，可以使用二次曲线类型的函数，例如一个正向增长的抛物线函数。尽管如此，在最佳实施例中，根据本发明的装置的特征在于作为可控电压函数的可变电容器的变化规则是双曲线类型的。为了实现振荡器的频率响应的线性化，最好采用这种类型的校正。而且，具有双曲线传输函数的放大器不仅可以很容易的实现集成电路的形式，而且，也允许使用足够数量的参数以适当的采用用于检索到的校正的实现函数。

根据本发明的一个最佳实施例，为了实现2次曲线型放大器的传输函数，所述解调装置的特征在于所述放大器包括一个差分输出级，该差分输出级由一对晶体管组成，所述晶体管具有被连接到所述二级管上的输出电极，通过一线性电阻相互耦合并由两个电流源馈给的基准电极，其中，所述放大器包括两个输入级，其中的每一个都被用于接收所述控制信号，第一输入级具有基本上是线性传输函数的差分型特性，所述第一输入级具有一个是电压补码的输出端，该输出端被耦合到所述输出级的输入端，所述第二输入级也基本上具有线性传输函数的特性，并具有一个单一的电压输出端，该输出端提供一个命令，该命令正比于由馈送给输出级的两个电流源所提供的电流。

进而，所述放大器的第一和第二输入级中的每一个还提供一个预定的偏压。

根据这个实施例，共有四个控制参数用于实现最佳自适应传输函数，其中，仅有三个参数确实是独立的。

本发明还涉及一种用于接收电视信号的装置，例如是一种用于对卫星信号进行译码的装置，其特征在于它包括一个在前面所述的根据本发明的一个解调装置。

通过参看下面描述的实施例，本发明的上述和其他的方面将会变得明显和清楚。

图1示出了一个一般的锁相环型解调装置的电路图，将参考该电路图来解释本发明的原理，

图2示出了在该控制信号没有被校正的情况下作为控制电压函数的电容和电压曲线，其中，

图3示出了根据本发明获得的模拟曲线，

图4示出了一个与一个可变电容等效的吉尔伯单元电路，和引入这个可变电容控制信号非线性校正的放大器，和

图5示出了根据本发明插入到频率解调电路中的接收机放大电路。

图1的简图示出了一个用于对调频信号进行解调的锁相环型装置。该装置包括提供输出信号Vo的振荡器11、一个具有两个输入端的相位比较器12，其一个输入端14用于接收需要被解调的信号Vi、另一个输入端16用于接收来自振荡器11的信号Vo。所述振荡器11包括一种谐振电路，该电路由一个电容L、一个固定电容Cf和一个可变电容Cv并联构成，它是借助于提供作为施加给所述模块20的控制电压Vb的函数的可变电容的等效值的模块20加以实现的。

振荡器11的可控电压Vb适用于解调装置22的输出端。电压Vb由电压Va导出，而电压Va是在为了确保锁相环的稳定性而经过低通滤波器18滤波和经过放大器19放大后从相位比较器12的输出端获得的。

根据本发明，为了在可控信号Vb和振荡器11输出信号Vo的频率之间获得好的线性，作为提供给所述模块20的控制电压的函数的可变电容Cv的值是以被选择用于补偿的线性偏差为特性的，在频率的相关范围内，振荡器11的频率响应的线性误差是这个可变电容Cv值的函数。

振荡器11频率响应的线性误差在图2示出。建议可变电容Cv作为标定在X轴上的可控电压Vb的函数，作线性变化。例如，这个电容Cv在0.5到3pF之间变化，并且与约为2.5pF的固定电容并连。频率F通过振荡器11在550之间410MHz变化获得。频率曲线F具有一个从一条直线上偏离的函数并且稍微弯曲。

图3输出了根据本发明利用电子模块20进行非线性校正的所获得的效果。根据本发明，作为控制电压函数Vb的所述可变电容的曲线Cv与图2所示的相应曲线相比较具有一个线形偏差。确定该偏差以便使表示所述振荡器频率响应F的曲线至少在中心频率F0附近的频率范围F1-F2内变成线性的。

可以使用不同的方式实现诸如图1中模块20的电子模块。它的基础在于使用至少一个具有固定值的电容器，该电容器被插入到这个模块之中并提供与一个可变电容值等效值的效果。它包括一个晶体管放大器A，该晶体管A根据一个非线性函数相对于施加给这个放大器A输入端的电压Vb控制所述等效可变电容的变化。

图4示出了诸如图1所示模块20的一个电子模块实施例的详细电路图。

在这个实施例中，所述的可变电容是借助于由晶体管对T1-T2，T3-T4组成的吉尔伯单元30执行的，在每个所述晶体管对中组合的发射极分别由电流源S1和S2供能。晶体管1的集电极被连接到晶体管3的集电极，同时，该组件被借助于负载电阻Rc1耦合到电源线Vcc上。使用类似的方式，晶体管T2的集电极被连接到晶体管T4的集电极上，同时该组件被经过负载电阻Rc2耦合到电源线Vcc上。

晶体管T2和T3相互组合的基极被连接到所述吉尔伯单元的第一输入端35，同时晶体管T1和T4相互组合的基极被连接到第二输入端36。一个固定电容器C1将晶体管T1的集电极连接到它的发射极上，另一个固定电容器C2将晶体管T4的集电极连接到它的发射极上。

利用在输出端提供负载的放大器A对所述的吉尔伯单元30进行控制，所述的负载是由阳极被组合在一起并通过偏压元件38耦合到电源线Vcc上的二极管D1，D2构成。

放大器A具有电导型特性并具有由一对晶体管T11，T12构成的一个差分输出级，所述的晶体管对T11和T12的集电极被连接到二极管D1和D2的阴极并分别连接到吉尔伯单元30的输入端35和36。

利用一个射极电阻Re使晶体管T11和T12的发射极相互耦合起来并分别由电流源S11和S12供能，它可以提供在两个电流源之间保持相同的可变电流。

所述的放大器A还包括两个输入级，第一级42具有基本上是线性传输函数的差分型特性，其输出被耦合到晶体管T11和T12的基极，第二级44具有基本上是线性传输函数的差分型特性，其唯一的一个输出被用于分别控制构成电流源S11和S12的晶体管的基极，由此，这实现了这些电流源的电流控制。

输入级42和44并联接收以不同形式表示图1中控制电压Vb的Vb1和Vb2。

两个输入级42和44中的每一个都具有一个给定的偏置电压。所述输入级44具有这样一个偏置电压，即：当输入电压Vb＝Vb1－Vb2＝0时，所述的电流源S11和S12提供一个静态电流Ir，同时，当输入电压Vb1－Vb2不等于零时，电流源S11和S12的电流Iee具有如下的形式：Iee＝Ir＋K1.Vb。输入级42具有如下的偏置电压，即：当输入电压等于零时，晶体管T11提供的电流高于由晶体管T12提供的电流。

当忽略基极电流时，晶体管T11的集电极电流Ic11可以被写成如下形式：

      Ic11＝K2.(Vb＋ΔV)/Re＋Iee                 (1)其中，    Iee＝K1.Vb＋Ir                             (2)

即相对于Vb具有线性形式，在该展开式中，K2是与第一输入级42的增益相关的一个系数，ΔV是这一级的偏置电压。

在另一个等式中，具有

      Ic11＋Ic12＝2.Iee＝2.(K1.Vb＋Ir)           (3)即：晶体管T11和T12集电极电流的和等于电流源S11和S12的电流的和。

在二极管D1和D2端处的电压差(VD1－VD2)可以被定成如下形式：

      VD1－VD2＝VTLn(Ic11/Ic12)               (4)

其中，在300°K时，V_T≈26mV。

提供给吉尔伯单元30输入端的这个电压差提供了这样一个事实，即：晶体管T1和T2的集电极的电流由下式规定：

VD1－VD2＝V_TLn(Ic2/Ic1)                       (5)

如果对(4)和(5)进行比较，那么， $\frac{\mathrm{Ic}2}{\mathrm{Ic}1}=\frac{\mathrm{Ic}11}{\mathrm{Ic}12}$ 或者通过使用(1)、(2)和(3) $\frac{\mathrm{Ic}2}{\mathrm{Ic}1+\mathrm{Ic}2}=\frac{\mathrm{Ic}11}{\mathrm{Ic}11+\mathrm{Ic}12}=\frac{k1\mathrm{Vb}+\mathrm{Ir}+K2.\mathrm{Vb}/\mathrm{Re}+K2\mathrm{\Δ}/\mathrm{Re}}{2K1.\mathrm{Vb}+2\mathrm{Ir}}$ $\mathrm{Ic}2=(\mathrm{Ic}1+\mathrm{Ic}2).\frac{(K1+K2/\mathrm{Re}).\mathrm{Vb}+K2\mathrm{\ΔV}/\mathrm{Re}+\mathrm{Ir}}{2K1.\mathrm{Vb}+2\mathrm{Ir}}----\left(6\right)$ 关系式(6)表示Ic2具有双曲线形式： $\frac{\mathrm{aVb}+b}{\mathrm{cVb}+d}$

并且，可以借助于三个独立的参数进行调节，并且优选的将它们应用到所述曲线的检索形式上

在图4所示的实施例中，所述第一输入级42的增益、所述第二级44的增益以及这些输入级中每一个的偏置电压都是可以任意选择的。

图5的方框图示出了一个插入到前述解调装置中的接收机。一个抛物面反射天线接收以10到12GHz发射的卫星信号。经天线放大器51进行放大以后，所接收的信号被提供给也接收来自具有被选择频率的第一振荡器53的信号的第一混频器52，以在这个第一混频器52的输出端处提供920和2，150MHz之间的频率范围。这些元件被安置在天线50的这一级并被单独示出，而这仅仅是为了使所述图更加清楚而已。

所涉及的接收机如所示被利用虚线框70框起来。它包括一个输入放大器54，接下来的是用于保证预选频道被选择的一个带通滤波器55。在这个滤波器55的输出端，该信号在第二混频器56中再一次和第二振荡器57产生的信号相互组合，以产生480MHz阶的中频信号。

所述的IF信号在具有自动增益控制的放大器58中被放大，然后，被带通滤波器60进行滤波，并提供给根据本发明的解调装置，它提供了一个表示解调后接收信号的输出电压Vb。借助于本发明的解调装置，可以获得具有良好线性并与第二阶相关的-55dBc和与第三阶相关的-60dBc的中间产物值相对应的频率响应。

在去加重滤波器64中对所述视频组合信号Vb进行处理，在该去加重滤波器64的输出端，分离电路65提取在解调器66中被解调的声音信号，并且，在所述装置的输出端67处可以获得这些声音信号，同时，由亮度信号和色度信号组合的图象信号被提供给输出端68。

为说明本发明已经借助于举例详细描述的所述接收机可以具有稍微不同的设置而不脱离本发明的范围。在这方面的修改对于本技术领域以内的普通技术人员来讲是公知的。

Claims (6)

1.一种用于对调频信号进行解调的使用锁相环类型的装置，包括：

一个振荡器，该振荡器提供一个具有可以借助于一个控制电压进行控制的频率的输出信号，一个具有两个输入端的相位比较器，其中一个输入端用于接收需要被解调的信号，另一个输入端用于接收来自所述振荡器的输出信号，所述相位比较器的输出端提供一个信号给一个滤波装置，该滤波装置向所述的振荡器提供所述的控制电压，并向所述解调装置提供输出信号，其特征在于所述振荡器包括一个由一个电感，一个固定电容和一个可变电容并联形成的谐振电路，所述可变电容是由耦合到至少一个固定电容器上的一个电子模块形成，该电子模块提供一个可变电容的等效值，该等效值作为施加给所述电子模块的控制电压的函数具有以用于补偿的线性偏差为特性的值，在一个固定频率范围内，所述振荡器频率响应的线性偏差是可变电容值的函数。

2.如权利要求1所述的解调装置，其特征在于所述电子模块包括一个差分输出跨导型放大器和一个对称耦合到两个固定电容器上的吉尔伯单元，所述放大器在输出端由具有被施加给所述吉尔伯单元输入端的一个电压的二极管充电。

3.如权利要求2所述的解调装置，其特征在于作为所述控制电压函数的可变电容按二次曲线规律变化。

4.如权利要求3所述的解调装置，其特征在于所述放大器包括由一对晶体管构成的差分输出级，所述一对晶体管的输出电极被连接到所述二极管，它们的基准电极通过一个线性电阻彼此互连并由两个电流源供能，在这个放大器中，还包括两个输入级，其中的每一个用于接受所述的控制电压，第一输入级是基本上以线性传输函数为特性的差分型，并且，其输出是电压的补数并被耦合到所述输出级的输入端，第二输入级也以基本上的线性传输函数为特征，并具有一个单一的电压输出，该电压输出提供一个与向所述输出级供能的两个电流源所提供的电流成正比的命令。

5.如权利要求4所述的解调装置，其特征在于所述放大器的第一和第二输入级各自都提供一个预定的偏置电压。

6.一种用于接收电视信号的装置，它包括一个解调装置，用于对来自接收信号的调频信号进行解调，该解调装置是使用锁相环类型的装置，其包括一个振荡器，该振荡器提供一个具有可以借助于一个控制电压进行控制的频率的输出信号，一个具有两个输入端的相位比较器，其中一个输入端用于接收需要被解调的信号，另一个输入端用于接收来自所述振荡器的输出信号，所述相位比较器的输出端提供一个信号给一个滤波装置，该滤波装置向所述的振荡器提供所述的控制电压，并向所述解调装置提供输出信号，其特征在于，所述振荡器包括一个由一个电感，一个固定电容和一个可变电容并联形成的谐振电路，所述可变电容是由耦合到至少一个固定电容器上的一个电子模块形成，该电子模块提供一个可变电容的等效值，该等效值作为施加给所述电子模块的控制电压的函数具有以用于补偿的线性偏差为特性的值，在一个固定频率范围内，所述振荡器频率响应的线性偏差是可变电容值的函数。

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