DD155845A5

DD155845A5 - Frequenzmodulationsvorrichtung

Info

Publication number: DD155845A5
Application number: DD80226422A
Authority: DD
Inventors: Zanten Francois Van
Original assignee: Thomson Csf
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1982-07-07
Also published as: GB2066599A; GB2066599B; IT8068961A0; JPS5698910A; DE3048104A1; US4410856A; IT1129473B; PL228661A1; FR2472302A1; RO78686A

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Frequenzmodulationsvorrichtung zu schaffen, die die Regelung der Verstaerkung eines Demodulators zum Erreichen einer konstanten und stabilen Steilheit ermoeglicht. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass die Frequenzmodulationsvorrichtung folgende Mittel enthaelt: - einen Demodulator mit einem ersten Eingang, der eine zu demodulierende Frequenz erhaelt, einem zweiten Eingang, der eine Korrekturspannung erhaelt, und einem Ausgang, der eine Spannung abgibt, die mit der Genauigkeit eines Faktors der Frequenz am ersten Eingang und der Spannung am zweiten Eingang proportional ist; - einen Rueckkopplungskreis zwischen dem Ausgang des Demodulators und seinem zweiten Eingang; - einen Oszillator, der eine Bezugsfrequenz abgibt, - ein Abtastmittel, das in der Lage ist, waehrend der Abtastmomente dem zweiten Eingang des Demodulators die Bezugsfrequenz aufzugeben und den Rueckkopplungskreis zu schliessen, und das in der Lage ist, ausserhalb dieser Momente dem zweiten Eingang des Demodulators die zu demodulierende Frequenz aufzugeben und den Rueckkopplungskreis zu oeffnen.

Description

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Frequenzmodulationsvorrichtung Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Frequenzdemodulationsschaltungen, insbesondere für den Bereich des Farbfernsehens und ganz besonders für die Demodulation der FarbhiIfsträgerwelle bei SECAM-Empfängern. Die Erfindung wird ganz speziell bei der Regelung der Demodulatorsteilheit angewendet, so daß Einstellungen, Temperatur- und Zeitabweichungen und Fertigungsstreuungen, die die Qualität und die Reproduktionstreue der Farben in den SECAM-Empfängern beeinträchtigen, beseitigt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Problem besteht in einem Widerspruch zwischen den Fertigungsergebnissen der Demodulatoren, insbesondere bei integrierter Technologie, die eine abweichende und instabile Demodulationssteilheit zur Folge haben, einerseits; und der Notwendigkeit, diese Demodulatoren in SECAM-Fernsehempfängern verwenden zu müssen, die eine konstante stabile Steilheit verlangen, andererseits. So ist es unerläßlich, daß die Gleichstromkomponente des Signals genau wiederhergestellt wird«

Nach der früheren Technik besteht eine Lösung darin, z. B. zur Verwirklichung eines Demodulators vom Typ FOOSTER SEELEY, abgestimmte Kreise zu verwenden. Diese Lösung ist aus folgenden Gründen nicht zufriedenstellend: Kosten der abgestimmten Kreise und besonders Kosten für Einstellungen, Temperatur- und Zeitabweichungen der Spulen und Kondensatoren (trotz der Kompensationen), hohe Anzahl von Anschlußklemmen zwischen der integrierten Schaltung und den äußeren

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Bauelementen·

Eine weitere, bekannte Lösung besteht darin, einen Demodulator mit Hilfe eines Phasenregelkreises (Oszillator + Phasendiskriminator) zu realisieren. Diese Lösung, die einen Portschritt im Vergleich zur obengenannten darstellt, wird durch die gleiche Art von Fehlern beeinträchtigt: Die Demodulationssteilheit hängt von den Bauelementen ab, die die Eigenfrequenz des Oszillators bestimmen. Die Genauigkeit und die Stabilität dieser Bauelemente sind, selbst wenn sich diese außerhalb der integrierten Schaltung befinden, unzureichend, so daß sich die Notwendigkeit von Einstellungen ergibt. Diese Streuung der Demodulationssteilheit hat außerdem den Nachteil, daß der Demodulationsbereich im Vergleich zu dem zu demodulierenden Band dezentriert wird. Im ungünstigsten Streuungsfall muß also dieser Demodulationsbereich vergrößert werden, um zu gewährleisten, daß er das zu demodulierende Frequenzband enthält. Die Vergrößerung des Demodulationsbereiches bringt jedoch Nachteile mit sich: Es ist bekannt, daß die Vergrößerung des Fangbereiches bei einem Phasenregelkreis durch die Erhöhung der Verstärkung bei offenem Kreis erzielt wird, so daß die Vorrichtung bei geschlossenem Kreis schwerer zu dämpfen ist. Außerdem besteht beim Phasenregelkreis die Gefahr, daß er durch Störsignale außerhalb des Nutzbandes des zu demodulierenden Signale blockiert wird.

Von weiteren Versuchen, Einstellungen und Driften zu beseitigen, kann noch die Abtastregelung der Reaktion des Demodulators auf die Impulsfolgen durch den Sender zu Beginn jeder Zeile genannt werden. Die Frequenz dieser Impulsfolgen entspricht so dem Schwarzpegel (fehlende Farbe).

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Diese letzte Anordnung ist auch nicht zufriedenstellend, und zwar aus folgenden Gründen:

- Die Impulsfolgen dauern nur 3»5 bis 4 /Us^und ihr Anfang ist nicht verwendbar. So befindet sich der Demodulator im ersten Teil der Impulsfolge im Einschwingzustand. Die Abtastung darf auch nicht zu spät beendet sein, um sich nicht auf das Signal auszuwirken, das nach der Impulsfolge kommt« Um die notwendige Sicherheit zu gewährleisten, muß die Tastzeit praktisch kleiner als 2 /us und genau auf den hinteren Teil der Impulsfolge ausgerichtet sein. Das setzt eine besondere Schaltung voraus, die keiner Einstellung unterliegt.

- Die Impulsfolgen werden durch die Ausbreitungsbedingungen beeinflußt, insbesondere durch die Störechos, die zu Störungen mit den Synchronisierimpulsen führen können, so daß sich ein falsch demodulierter Pegel ergibt und keine genaue Regelung möglich ist.

Im übrigen beinhaltet beim SECAM-rSystem die Hilfsträgerwelle zwischen 3,0 und 4,8 MHz, die aus der Trägerwelle gewonnen wird, die Farbartinformation in Form von 2 Farbartsignalen, die B-Y und R-Y genannt werden. Die Hilfsträgerwelle ist frequenzmoduliertjund die Farben werden gut wiedergegeben, wenn die Ausgangsspannungen der Demodulatoren genau auf die vom Sender abgegebenen entsprechenden Hilfsträgerfrequenzen ausgerichtet sind, d. h»_f wenn die Steilheit der Demodulatoren genau bestimmt und stabil ist.

Ebenso müssen, wenn der Sender Ruhefrequenzen (für fehlende Farbe) Fq_R für das rote Farbartsignal und Fq_B für das blaue Farbartsignal abgibt, die beiden Demodulatoren eine be-

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stimmte Spannung abgeben, damit die Grautöne rein und nicht gefärbt sind.

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile bekannter Einrichtungen zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Frequenzmodulationsvorrichtung zu schaffen, die die Regelung der Verstärkung eines Demodulators zum Erreichen einer konstanten und stabilen Steilheit ermöglicht.

Diese Regelung ist mit einer Bezugsfrequenz verbunden, die mit einem Quarzoszillator erzielt und periodisch dem Demodulator aufgegeben wird, um eine periodische Korrektur der Steilheit desselben vorzunehmen·

Der Demodulator hat zwei Eingänge:

- der erste Eingang erhält abwechselnd die Bezugsfrequenz (während der Abtastmomente) und die zu demodulierende Frequenz (zwischen diesen Momenten)?

- der andere Eingang erhält eine Spannung, die ein Korrektursignal der Steilheit des Demodulators darstellt. Diese Spannung wirkt als Vervielfacher der zu demodulierenden Eingangsfrequenz, um am Ausgang des Demodulators eine Aus gangsspannung zu erzeugen, die sowohl der am ersten Eingang erhaltenen Frequenz als auch der am zweiten Eingang erhaltenen Spannung proportional ist.

Das Korrektursignal wird wahrend der Abtastmomente gebil-

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det; es wird gespeichert und zwischen diesen Momenten verwendet; es wird aus einem Rückkopplungskreis gebildet, der während der Abtastmomente die Ausgangsspannung des Demodulators prüft, v/ährend dieser eine Bezugsfrequenz erhält, und der diese Ausgangsspannung mit einer Bezugsspannung vergleicht, um ein Korrektursignal zu erzeugen, das von diesem Vergleich abhängt.

In der Praxis entsprechen die Tastmomente den Totzeiten des Bildsignals: den Zeilen- oder Rasterrücklaufzeiten.

Mit anderen Worten, mit dieser Erfindung wird eine Demodulations vorrichtung vorgeschlagen, die eine einer Frequenz proportionale Spannung abgeben kann, wobei diese Vorrichtung umfaßt:

- einen Demodulator mit einem ersten Eingang für eine zu demodulierende Frequenz, einem zweiten Eingang für eine Korrekturspannung und einem Ausgang, der eine Spannung abgibt, die mit der Genauigkeit eines Faktors der Frequenz am ersten Eingang und der Spannung am zweiten Eingang proportional ist;

- einen Rückkopplungskreis zwischen dem Ausgang des Demodulators 'und seinem zweiten Eingang, wobei dieser Kreis einen Verstärker mit zwei Eingängen, der an einem Eingang den Ausgang des Demodulators und am anderen Eingang eine Bezugsspannung erhält, und ein Speichermittel der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers hat, wobei dieses Mittel mit dem zweiten Eingang des Demodulators verbunden ist;

- einen Oszillator, der eine Bezugsfrequenz abgibt,

- ein Abtastmittel, das während der Abtastmomente die Bezugsfrequenz dem Eingang des Demodulators aufgeben und

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den Rückkopplungskreis achließen kann und außerhalb dieser Momente die zu demodulierende Frequenz dem zweiten Eingang des Demodulators aufgeben und den Rückkopplungskreis öffnen kann.

Eine Ausführungsart des Demodulators mit zwei Eingängen ist ein Regelkreis mit Phasenverriegelung, der einen Oszillator mit gesteuerter Frequenz und einen Phasendiskriminator hat. Der Phasendiskriminator regelt die Frequenz des Oszillators, indem er solange eine Steuerspannung desselben beeinflußt, bis diese Frequenz gleich der zu demodulierenden Frequenz ist. Die Ausgangsspannung des Phasendiskrimina torj; die als S teuer spannung des Oszillators dient, ist dann einfach wegen der Frequenz-Spannungslinearität des Oszillators automatisch proportional der zu demodulierenden Frequenz. Mit anderen Y/orten, statt direkt eine Schaltung zu verwirklichen, die eine Ausgangsspannung abgibt, die proportional einer Eingangsfrequenz ist, wird ein Phasendiskriminator verwendet, der mit einem Oszillator zusammengeschaltet wird, dessen Ausgangsfrequenz proportional einer Eingangsspannung ist. Diese Eingangsspannung des Oszillators dient dem Demodulator als Ausgang und ist proportional der Frequenz des Oszillators, also der zu demodulierenden Frequenz, auf die der Oszillator durch den Phasendiskriminator eingeregelt wird.

Die Frequenz des Oszillators wird von zwei Spannungen gesteuert. Der Oszillator erhält an zwei Eingängen Spannungen; die Ausgangsspannung ist proportional dem Verhältnis dieser beiden Spannungen. Die erste Spannung ist die Ausgangsspannung des Phasendiskriminators und stellt auch die Ausgangsspannung des Demodulators dar. Die zweite

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Spannung wird dem zweiten Eingang des Demodulators zugeführt, der einer der Eingänge des Oszillators ist.

Der erste Eingang des Demodulators ist mit einem der Eingänge des Phasendiskriminators verbunden (dessen anderer Eingang ist mit dem Ausgang des Oszillators verbunden.

Die einfache Herstellung eines Oszillators, der von zwei Eingangsspannungen gesteuert wird und eine Frequenz proportional dem Verhältnis zwischen diesen Spannungen abgibt, ist bekannt: Es wird ein Kippgenerator verwendet, der ein Mittel hat, mi.t dem ein Kondensator mit konstantem Strom zwischen zwei Spannungspegeln (oder zwischen 0 und einem Bezugspegel) aufgeladen und/oder entladen werden kann.

Einem der Eingänge des Oszillators wird die veränderliche.. Spannung zugeführt, die einer Abweichung zwischen den Spannungspegeln (oder dem Bezugspegel) entspricht. Der andere Eingang dient zur Einspeisung einer Spannung, die proportional dem Strom zum Aufladen und/oder Entladen des Kondensators ist. Unter diesen Bedingungen gibt der Kippgenerator eine Frequenz ab, die umgekehrt proportional der ersten Spannung und proportional dem Strom, also der zweiten Spannung, ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Sicherheitsschaltung vorgesehen, deren Funktion darin besteht, die Schließung des Riickkopplungskreises der Demodulationsvorrichtung nur zuzulassen, wenn die an den zweiten Eingang des Demodulators angelegte gespeicherte Spannung die richtige Richtung hat, um so zu verhindern, daß der Phasenregelkreis seinen Fangbereich verläßt.

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Die Erfindung wird besser durch die nachfolgende Beschreibung eines Anvvendungsbeispiels verständlich, die sich auf die Figuren stützt. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: ein vereinfachtes Schema des erfindungsgemäßen Demodulators mit seinein Rückkopplungskreis;

Figur 2: ein vollständiges Schema des erfindungsgemäßen Phasenkreises, der mit einer Sicherheitsschaltung versehen ist;

Figur 3: zeitliche Ablaufdiagramme.

Figur 1 stellt den Blockschaltplan der Grundschaltung der Erfindung dar. Dieses vereinfachte Schema wird durch später dargelegte Verbesserungen, die sich auf die folgenden Figuren stützen, vervollständigt.

Ein Demodulator 1, der im wesentlichen einen Phasenregelkreis umfaßt, erhält an seinem Eingang E₁ eine Frequenz F und gibt· an seinem Ausgang S eine Spannung V" ab:

V = KF.

Um einen stabilen Schwrarzpegel und stabile Farben zu erhalten, muß beim SECAIü-Farbfernsehsystem der Koeffizient K stabil und genau sein. Dieses Ergebnis kann erzielt werden, indem für den Demodulator diskrete Bauelemente von sehr hoher Genauigkeit verwendet werden oder eine Einstellung vorgenommen wird. Das stellt jedoch im Sinne der Integration der Schaltungen keineswegs einen Fortschritt dar, da die äußeren Bauelemente teurer sind und ein Gehäuse für integrierte Schaltungen benötigen, das mehr Anschlüsse hat, also auch teurer ist.

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Um sich des wenig genauen Koeffizienten K zu entledigen, wird während der "Totzeiten", wie Zeilen- oder Rasterrlicklauf, eine Rückkopplung auf eine Bezugsfrequenz, die von einem Quarz erhalten wird, vorgenommen· Es ist leicht und wenig kostspielig, mit den sehr weit verbreiteten Quarzen, wie sie im Fernsprechwesen oder als interne Normale bei verschiedenen Fernsehsystemen verwendet werden, eine sehr genaue Frequenz zu erhalten. Eine Quarzfrequenz f =4,43 KHz ist für dieses AusfUhrungsbeispiel besonders geeignet·

So hat der erfindungsgemäße Demodulator zwei Eingänge: an einem Eingang E.. erhält er eine Frequenz F₇und an einem Eingang Ep erhält er eine Spannung U. Seine Ausgangsspannung ist mit der Genauigkeit eines Faktors das Produkt aus Frequenz mal Spannung:

V = к FU oder V = KF, wenn kU = K gesetzt wird»

Der Koeffizient к hat die Größe des Kehrwertes einer Frequenz: к ist bei einer Zeitkonstante homogen· Der Koeffizient K ist konstant, wenn sich die Spannung U in umgekehrter Richtung zu к verändert. U ist die Spannung des Rückkopplungs-Korrektursignals.

Um K genau zu bestimmen, wird die Bezugsfrequenz des Quarzes f bei jedem Zeilen- oder Rasterrücklauf auf den Eingang E₁ des Demodulators anstelle der zu demodulierenden Frequenz F gegeben und die Ausgangsspannung V mit einer Bezugsspannung verglichen. Die Vorrichtung wird so geeicht und die Korrekturspannung gespeichert.

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Fig» 1 stellt einen Demodulator 1 mit zwei Eingängen E-, und Sp und einem Ausgang S dar. Ein elektronischer Schalter 2 verbindet den Eingang E₁ mit einer von einem Quarzoszillator 3 mit der Frequenz f kommenden Spannung oder mit der zu demodulierenden Frequenz F. Der Ausgang S wird an den ersten Eingang eines Riickkopplungsverstärkers 4 geschaltet, dessen Ausgang über einen elektronischen Schalter 5 an den Eingang E₂ gelegt wird. Der Eingang E₂ wird ebenfalls an einen Eingang eines elektronischen Schalters angeschaltet. Der zweite Eingang des Verstärkers 4 erhält eine Bezugsspannung V_ref» deren einer Teil (Ѵ~) über ein Potentiometer 15 einem zweiten Eingang des elektronischen Schalters б aufgegeben wird. Die Schalter 2 und 5 werden durch einen Zeilen- oder Rasterrücklaufimpuls gesteuert, der auf einen Eingang P der Schaltung gegeben wird. Das Signal am Eingang Ep ist eine Korrekturspannung und wird vom Kondensator C gespeichert. Der Teil V„ der Bezugsspannung entspricht dem Schv/arzpegel des vom Demodulator erhaltenen Farbartsignals.

Wie üblich, wird bei der Erläuterung der Funktion der Schaltung und im weiteren Text angenommen, daß sich alle Schalter von Fig. 1 und der nachfolgenden Figuren

- während der Demodulationszeit in Stellung 0,

- während der Regelungszeit in Stellung 1 befinden.

Während der Regelungszeit, d. h. während des Rasterrücklaufs (oder Zeilenrücklaufs)

- wird die Bezugsfrequenz f an den Demodulator übertragen,

- ist die Fehlerspannung U derart, daß die Ausgangsspannung V des Demodulators gleich Vf ist, weil der Verstärker eine sehr hohe Verstärkung und seine Versatzspannung -

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Offsetspannung - quasi Null ist. Es ergibt sich dann:

v = v_ref = к и f₁

U = ^Vref

k~"F"q

Während der Demodulationszeit

- wird die zu demodulierende Frequenz F an den Demodulator übertragen,

- trennt der Schalter 5 in Stellung 0 den Kondensator C ab, der den Wert U, d. h.:

^Vref к f q

gespeichert behält.

Die Ausgangsspannung des Demodulators ist

V = к U F

oder V = к ^Yref _p = ^Yref F = K F.

kfq f_q

Der Koeffizient K ist einwandfrei bestimmt, da er gleich einer durch eine Normalfrequenz geteilten Bezugsspannung ist.

So braucht die Bezugsspannung nicht einmal mehr genau zu sein, da sich hinter dem Demodulator eine sogenannte Reinigungs- oder Einfügungsschältung befindet, durch die der Schwarzpegel V„ während der 10 ersten Mikrosekunden jeder

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Zeile erneut in das Signal eingefügt wird· Jede erneute Einfügung erfolgt im Bereich des Schalters 6 von Fig. 1. Da die gleiche Spannung V_r ~ dazu -dient, die Farbartsignale zu demodulieren und den vom Potentiometer 15 erhaltenen Schwarzpegel erneut einzufügen, spielt die Ungenauigkeit der Bezugsspannung keine Rolle, und die Farben sind etabil:

^ref ^un<^ ⁷N ^verändern sich in der gleichen Richtung, ohne daß sich der relative Schwarzpegel und der relative demodulierte Farbpegel ändern»

Bei der dargelegten Funktionsbeschreibung wird angenommen, daß der Phasenregelkreis die Eingangsfrequenz F "eingefangen" hat und daß die Frequenz des Oszillators gleich der Eingangsfrequenz am Phasendiskriminator ist·

Fig. 2 stellt neben den Elementen von Fig. 1 insbesondere eine Sicherheitsvorrichtung mit logischem Aufbau dar, die verhindert, daß der Phasenkreis während der Abtastung "ausschert".

Der Demodulator 1 ist ein Phasenregelkreis, der aus einem Phasendiskriminator 7 und einem spannungsgesteuerten Oszillator 8 besteht. Der Phasendiskriminator gibt eine Spannung ab, die von der Abweichung zwischen seinen beiden Eingängen abhängt. Der spannungsgesteuerte Oszillator ist z. B. ein Multivibrator, der aus der linearen Aufladung und/oder Entladung eines Kondensators zwischen zwei Spannungspegeln verwirklicht werden kann: Dieser Kondensator wird solange mit konstantem Strom aufgeladen und/oder entladen, bis ein bestimmter hoher Pegel, dann ein bestimmter niedriger Pegel erreicht ist. Ein Pegelgeber löst die Vorzeichenänderung des Stromes aus, wenn der niedrige oder

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hohe Pegel erreicht ist, so daß sich die Aufladung und Entladung mit konstanter Häufigkeit wiederholen. Diese Häufigkeit ist proportional der Amplitude des Lade- und/ oder Entladestroms. Sie ist umgekehrt proportional der Abweichung des niedrigen und hohen Pegels. Diese Abweichung wird durch die Steuerspannung U (die vom Speicherkondensatcr C kommt) bestimmt. Die Ausgangsspannung V des Phasendiskriminators legt den Lade- und/oder Entladestrom z. B. über einen Widerstand, der sich in Reihe mit einem Transistor befindet, und unter Verwendung eines weiteren Transistors, der sich in Reihe mit dem Kondensator befindet, (proportional) fest.

Es gibt eine Möglichkeit, daß die im Kondensator C gespeicherte Spannung nicht die zur Korrektur der Frequenzstreuung des Oszillators 8 richtige Richtung hat. In diesem Fall gibt der Oszillator eine Frequenz außerhalb des durch die Verstärkung des Phasendiskriminators 7 festgelegten Fangbereiches ab. Der Phasenregelkreis kann dann nicht arbeiten.und die Vorrichtung bleibt bei diesem Zustand gesperrt. Dieser Zustand kann sich entweder bei der Inbetriebnahme ereignen oder durch eine Störung während des Betriebs eingeführt werden.

Die Sicherheitsvorrichtung hat einen Schalter 9» der zwischen dem Kondensator C und dem Eingang E₂ des Oszillators 8 eingefügt ist. Dieser Schalter wird durch eine Schaltung gesteuert, die Diskriminatoren 10 und 11, ein komplementiertes exklusives ODER-Gatter (oder Multiplizierschaltung) 12, ein UND-Gatter 14 und einen RS-Flip-Flop hat. Der Diskriminator 10 erhält einerseits die Spannung am Kondensator C, andererseits eine Bezugsspannung. Der Diskriminator 11 erhält einerseits den Ausgang des Verstärkers 4, andererseits eine Bezugsspannung· Die Ausgänge

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der Diskriminatoren 10 und 11 werden an das Gatter 12 übertragen, dessen Ausgang an einen Eingang des UND-Gatters 14 geschaltet ist. Der andere Eingang dieses UND-Gatters 14 erhält ein Sperrsignal In. Der Ausgang des UND-Gatters 14 wird an den Eingang S des RS-Flip-Flops 13 übertragen, dessen Eingang R das Signal der Klemme P (Zeilen- oder Rasterrücklauf) erhält. Der Ausgang dieses Flip-Flops 13 steuert den Schalter 9·

Die in Fig· 2 dargestellte logische Schaltung ermöglicht es, über den Schalter 9 die Verbindung zwischen dem Speicherkondensator C und dem Eingang Ep am Oszillator zu trennen und diese erst wieder herzustellen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Mit anderen Worten, zu Beginn der Tastzeit ist der Schalter 9 geöffnet, und er wird wieder geschlossen, wenn die Ladung des Speicherkondensators C die richtige Richtung hat, so daß sie die Verstärkungsabweichung des Demodulators im Vergleich zu der durch die Bezugsfrequenz festgelegten Verstärkung ausgleichen kann»

Das Vorzeichen der Ladung des Kondensators C im Vergleich zu einer Bezugsspannung wird mit dem Vorzeichen der Abweichung zwischen der Aus gangsspannung V und der Bezugsspannung, d. h. mit dem Fehlersignal am Ausgang des Rückkopplungsverstärkers 4, verglichen. Der Schalter wird solange offen gehalten, wie eine Vorzeichendifferenz besteht, so daß der Kreis gleichgeschaltet werden kann. Durch das Gleichschalten des Kreises ist es dem Kondensator C seinerseits möglich, die richtige Ladung anzunehmen. Wenn die Vorzeichendifferenz aufgehoben ist, wird der Schalter 9 mit Mitteln, die später dargelegt werden, geschlossen. Der Kondensator C nimmt dann die Ladung an, die erforderlich ist, um die vorgegebene Verstärkung zu er-

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zielen, und die Vorrichtung ist zur Demodulation bereit.

Die beiden Vorzeichen - das der Ladung des Kondensators C und das des Fehlersignals - werden aus den beiden Diskriminatoren 10 und 11 gewonnen. Der Diskriminator 10 gibt entsprechend dem Vorzeichen der Abweichung zwischen der Spannung am Kondensator C und einer Bezugsspannung logisch 0 oder logisch 1 ab. Der Diskriminator 11 gibt entsprechend dem Vorzeichen der Abweichung zwischen der aus dem Verstärker 4 hervorgegangenen Fehlerspannung und einer Bezugsspannung logisch 0 oder 1 ab. Wenn die beiden Signale identisch sind, gibt das Gatter 12 eine 1 ab, und der Schalter 9 wird geschlossen. Wenn die beiden Signale unterschiedlich sind, gibt das Gatter 12 eine 0 ab, und der Schalter bleibt geöffnet.

Das Schließen des Schalters 9 wird mit einem Flip-Flop des Typs RS, d. h. mit Setz- und Rücksetzeingang (set und reset) erreicht. Dieser Flip-Flop wird an seinem ersten Eingang R (reset) vom Rasterrücklaufimpuls, der von der Klemme P kommt, gesteuert und an seinem zweiten Eingang S (set) durch das vom Gatter 12 über das UND-Gatter H kommende Signal. Durch den Übergang von 0 zu 1 am Eingang R wird der Ausgang des Flip-Flops in Stellung 0 gebracht (Schalter 9 bleibt geöffnet).

Durch den Übergang von 0 zu 1 am Eingang S wird der Ausgang des Flip-Flops in Stellung 1 gebracht (Schalter 9 wird geschlossen).

Das UND-Gatter 14, das sich zwischen dem Gatter 12 und dem RS-Flip-Flop 13 befindet, verhindert jeden zufälligen Betrieb. Es läßt die Übertragung des Ausgangssignals des Gatters 12 zum RS-Flip-Flop 13 nur bei Vorhandensein eines Signals logisch 1 an seinem zweiten Eingang zu. Solange

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das Sperrsignal In Null ist, blockiert das UL^TD-Gatter 14 den Betrieb des RS-Flip-Flops 13·

Während der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Schaltimg wird die erste logische 1, die das Gatter 12 verläßt, im Flip-Flop gespeichert und gestattet die Schließung des Schalters 9· Wenn die Ausgangsspannung V des Demodulators in der Folge gleich der Bezugsspannung ^_vef ist, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 mit einer sehr geringen Abweichung (+ £, ) gleich Null, so daß der Ausgang des Gatters 12 unbestimmt wird, der Schalter 9 jedoch durch den RS-Flip-Flop geschlossen gehalten wird.

Die Diagramme von Fig. 3 erleichtern das Verständnis der Funktion. Die Zeit ist an der Abszisse abgetragen>und die Pegeländerungen an der Ordinate bedeuten entweder Veränderung eines Phänomens oder Übergang eines logischen Pegels zu einem anderen logischen Pegel: z. B. von 0 zu

Diagramm 3a stellt den Rasterriicklauf zwischen den Zeitpunkten t.. und t~ dar. Diagramm 3b stellt die Zeit dar, in der die Frequenz f· des Quarzes verfügbar ist. Diagramm 3c stellt den Tastimpuls dar, der dem Rasterriicklauf entspricht, in dessen Verlauf der Regel- oder Rückkopplungskreis durch Aufladung oder Entladung des Kondensators C ins Gleichgewicht gelangt.

Diagramm 3d stellt den Zustand des Sperreingangs In dar und zeigt, daß der RS-Flip-Flop 13, der зп der Vorderflanke des Rasterrücklaufs den Zustand 0 eingenommen hat (Schalter 9 geöffnet) und in diesem Zustand mindestens während der Dauer zwischen den Zeitpunkten t und t~ bleibt, so daß der Demodulator Zeit hat, mit der Quarzfrequenz in Gleichlauf zu kommen.

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Diagramm 3e zeigt das Aufladen des Kondensators C· Sobald das Vorzeichen der Spannung U richtig ist, geht durch den Übergang 0-1 des exklusiven ODER-Gatters 12 der RS-Flip-Plop 13 zu 1 über, so daß der Kreis durch den Schalter 9 geschlossen wird. Die Aufladung des Kondensators C wird solange fortgesetzt, bis sich am Ausgang die Spannung Vf. ergibt, das entspricht der Korrekturspannung U am Eingang Ε« des Demodulators.

Diagramm 3f zeigt den Zustand des Ausgangs des Gatters 12.

Diagramm 3g zeigt den Ausgang des RS-Flip-Flops 13 und demzufolge den Zustand -des Schalters 9· Der RS-Flip-Flop 13 wird zu Beginn des Rasters auf Null gesetzt, dann, durch den letzten Übergang des Gatters 13 und des Sperrsignals In von 0 auf 1, auf 1 gesetzt.

Schließlich gibt es Fälle, in denen die Vorrichtung nicht genau den Diagrammen von Fig. 3 folgt: In einem ersten Fall kann es vorkommen, daß die Ladung des Kondensators C sehr weit von der richtigen Ladung entfernt ist, z. B. bei einer Inbetriebnahme. Das Gatter 12 kann während mehrerer Raster auf Null bleiben,und die Diagramme von Fig. 3 stellen dann nur den Endteil des Phänomens dar.

In einem zweiten Fall führt der Ausgang des Gatters 12 logisch 1. Diesen Zustand hat er während der vorangegangenen Rasterrückläufe erreicht. Der Flip-Flop wird dann, wie Fig. 3g zeigt, durch den Übergang des Sperrsignals von 0 auf 1, auf 1 gesetzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert auch in der entgegengesetzten Richtung als beschrieben, d. h. im Sinne der Umwandlung einer Spannung in eine Frequenz, insbeson-

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dere zur Verwirklichung der SECAM-Coder, die in Fernsehkameras und in Magnetbildaufzeichnungsgeräten verwendet werden»

Sie wird in der integrierten Schaltkreistechnologie mit einem Halbleiterquarz verwirklicht, wobei der Quarz und der Kondensator C die einzigen Bauelemente sind, die außerhalb der integrierten Schaltung angeordnet sind.

Sie findet eine ihrer Anwendungen beim SECAM-Farbfernsehsystem in den Demodulatoren der Farbartsignale. Diese integrierten Demodulatoren sind frei von allen Einstellungen und Abweichungen.

Diese Erfindung ist nicht auf die Ausführungsarten beschränkt, die vorstehend ausdrucklich beschrieben wurden. Sie beinhaltet auch die verschiedenen Varianten und Verallgemeinerungen, die in den Bereich der nachfolgenden Patentansprüche fallen«

Claims

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Erfindungsanspruch.
1. Frequenzdemodulationsvorrichtung, die eine einer Frequenz proportionale Spannung liefern kann, gekennzeichnet dadurch, daß sie umfaßt

- einen Demodulator (1) mit einem ersten Eingang (E1), der eine zu demodulierende Frequenz erhält, einem zweiten Eingang (E2), der eine Korrekturspannung erhält, und einem Ausgang (S), der eine Spannung abgibt, die mit der Genauigkeit eines Paktors der Frequenz am ersten Eingang und der Spannung am zweiten Eingang proportional ist,

- einen Rückkopplungskreis zwischen dem Ausgang des Demodulators und seinem zweiten Eingang, wobei dieser Kreis einen Verstärker (4) mit zwei Eingängen hat, die an einem Eingang den Ausgang des Demodulators und an einem anderen Eingang eine Bezugsspannung empfangen, und ein Speichermittel (C) der Ausgangsspannung des Differenzverstarkers, v/obei dieses bütte! mit dem zweiten Eingang des Demodulators verbunden ist,

- einen Oszillator (3), der eine Bezugsfrequenz abgibt,

- ein Abtastmittel (2, 5, 6), das in der Lage ist, während der Abtastmomente d*em zweiten Eingang des Demodulators die Bezugsfrequenz aufzugeben und den Rückkopplungskreis zu schließen, und das in der Lage ist, außerhalb dieser Momente dem zweiten Eingang des Demodulators die zu demodulierende Frequenz aufzugeben und den Rückkopplungskreis zu öffnen.

2· Demodulationsvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Demodulator einen Phasendiskriminator (7) mit zwei Eingängen und einen Oszillator (8) hat, dessen Frequenz von zwei Spannungen gesteuert wird und
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der an zwei Eingängen Spannungen erhält und eine Ausgangsfrequenz abgibt, die proportional dem Verhältnis dieser beiden Spannungen ist, wobei der eine der Eingänge des Phasendiskriminators den ersten Eingang des Demodulators darstellt und der andere mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist, der eine der Eingänge des Oszillators den zweiten Eingang des Demodulators darstellt und der andere mit dem Ausgang des Phasendiskriminators verbunden ist, der auch den Ausgang des Demodulators bildet.

3· Demodulationsvorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Oszillator ein Kippgenerator mit einem Mittel zum Aufladen und Entladen eines Kondensators zwischen zwei Spannungspegeln ist, daß die Abweichung zwischen diesen Spannungspegeln durch die an einem der Eingänge des Oszillators anliegende Spannung definiert wird und daß der Strom zum Aufladen und/oder Entladen des Kondensators durch die am anderen Eingang des Oszillators anliegende Spannung definiert wird, so daß die Frequenz des Oszillators proportional dem Verhältnis der beiden Eingangsspannungen des Oszillators ist.

4* Demodulationsvorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß ein Präzisionsspannungsteiler, der mit Bezugsspannung versorgt wird, und ein Schalter vorgesehen ist, der vom Abtastmittel gesteuert wird und der in der Lage ist, dem Ausgang der Demodulationsvorrichtung während der Abtastmomente die Ausgangsspannung des Spannungsteilers und außerhalb dieser Momente den Ausgang des Demodulators aufzugeben.

5· Demodulationsvorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Speichermittel ein
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Kondensator ist, der während der Abtastmomente durch das Abtastmittel vom Rückkopplungskreis getrennt werden kann.

Demodulationsvorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß eine Sicherheitsschaltung vorgesehen ist, deren Funktion darin besteht, die Schließung des Rückkopplungskreises der Demodulationsvorrichtung nur dann zu gestatten, wenn die an den zweiten Eingang des Demodulators angelegte gespeicherte Spannung die richtige Richtung hat, und so zu verhindern, daß der Phasenregelkreis den Fangbereich verläßt·

Demodulationsvorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Rückkopplungskreis bei jedem Abtastzyklus nach Messung des Vorzeichens der Ladung des Kondensators im Vergleich zum Vorzeichen der Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Demodulators und der Bezugsspannung über die Sicherheitsschaltung geöffnet und dann v/ieder geschlossen wird, die umfaßt:

- zwei Diskriminatoren, die die Ausgangsspannungen bzw. die" gespeicherte Spannung mit Bezugsspannungen vergleichen und logische Vorzeichenpegel abgeben;

- ein komple-mentiertes exklusives ODER-Gatter, dessen Ausgang an logisch 1 liegt, wenn die beiden Vorzeichen identisch sind;

- ein UND-Gatter, dessen einer Eingang das vom exklusiven ODER-Gatter abgegebene logische Signal erhält, und dessen anderer Eingang ein logisches Sperrsignal erhält, das mit einer Verzögerung im Vergleich zum Abtastsignal eintrifft, die ausreicht, das Einfangen des Phasenkreises zu gewährleisten;

- einen RS-Flip-Flop, dessen einer Eingang R den Abtastimpuls und dessen anderer Eingang S das vom UND-
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Gatter abgegebene logische Signal erhält und dessen Ausgang den dritten Schalter steuert, der den Rückkopplungskreis wieder schließt.
8. Demodulationsvorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einer integrierten Schaltung mit Halbleiterquarz besteht und deren einzige äußere Bauelemente der die Bezugsfrequenz abgebende Oszillator und das Speichermittel sind.

9· Demodulationsvorrichtung nach einem der Punkte 7 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß sie die Demodulationsschaltung der Farba-rtsignale in einem Farbfernsehempfänger darstellt, wobei die Abtastmomente durch das Rasterrücklaufsignal definiert werden.
10. Demodulationsvorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß sie die Demodulationsschaltung der Farbartsignale in einer Farbfernsehkamera darstellt»

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