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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Dämpfung
einer Hochfrequenzabstrahlung eines getakteten Systems.
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Ein
getaktetes System weist eine Oszillationseinrichtung auf, welche
einen primären
Takt für
die Schaltvorgänge
in dem getakteten System durch Übertragung
eines Taktsignals vorgibt. Durch die Schaltvorgänge innerhalb des getakteten
Systems werden Störsignale
oder Hochfrequenzabstrahlungen im Frequenzbereich des primären Takts
und abgeleiteter Takte z.B. durch interne Multiplikatoren des Systems
verursacht. Heute typisch verwendete primäre Takte und abgeleitete Takte
liegen typischer Weise im Bereich von 10 MHz bis über ein
1 GHz. Trotz teilweise aufwändiger
Filtereinrichtungen ist eine vollständige Unterdrückung der Störsignale
oder Hochfrequenzabstrahlungen in Signalleitungen, Versorgungsleitungen
und über
die Luft nicht möglich.
Im nachfolgenden beinhalten zur Vereinfachung der Ausdrucksweise
die Hochfrequenzabstrahlung auch die Störsignale, welche leitungsgebunden
auftreten.
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Die
Hochfrequenzabstrahlung kann in weiteren Schaltkreisen zu Störungen führen und
ein Fehlverhalten dieser Schaltkreise verursachen. Hierbei treten
insbesondere dann Probleme auf, wenn die Hochfrequenzabstrahlung
eine hohe Leistung in einem Frequenzbereich aufweist, welchen die
weiteren Schaltkreise verwenden. Dies kann zu nachteiligen Interferenzeffekten
führen.
Daher sind maximale Obergrenzen der Abstrahlungsleistung einzuhalten,
welche eine Störabstrahlung
nicht überschreiten
darf.
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Ein
besonders sensibler Bereich sind die für die Funkübertragung verwendeten Frequenzen,
vor allem für
den Radioempfang. Hierbei können
die Störsignale
zu unerwünschten
Pfeiftönen
während
des Radioempfangs führen.
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VORTEILE DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1, welches die Leistung einer Hochfrequenzabstrahlung eines getakteten
Systems in einem Frequenzbereich verringert und eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht die Schritte vor: Bestimmen eines zeitlich gemittelten Maximalwertes,
welchen die Leistung der Hochfrequenzabstrahlung der getakteten
Vorrichtung in einem vorgegebenen Frequenzband nicht überschreiten
soll; Modulieren einer Oszillationsfrequenz des anregenden Oszillators
mit einem Frequenzhub, derart dass die mittlere Leistung in dem
vorgegebenen Frequenzband unterhalb dem Maximalwert liegt; Bestimmen
einer Bandbreite eines Funkempfängers;
Modulieren der Oszillationsfrequenz mit einem Frequenzhub (Modulationsfrequenz/Modulationshub),
welcher größer als
die Bandbreite des Funkempfängers
des vorgegebenen Frequenzbandes ist. Die Bandbreite kann in einer
Speichereinrichtung vorgehalten werden, oder von einzelnen Schaltkreisen
und Baugruppen übermittelt
werden.
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Die
zugrundeliegende Idee ist, dass die Leistung der Hochfrequenzabstrahlung
in den vorgegebenen, gestörten
Frequenzbereichen über
einen größeren Frequenzbereich
verteilt wird. Dies reduziert die effektive, sprich die zeitlich
gemittelte Leistung innerhalb sensibler Frequenzbereiche. In diesem
vorgenannten Sinne ist der Begriff Dämpfung zu verstehen. Dies ist
insbesondere dann von Vorteil, wenn die anderen Schaltkreise nur in
einem bestimmten Frequenzbereich gestört werden und eine Störung erst
auftritt, wenn das Störsignal
länger
als eine kritische Dauer mit einer Mindestleistung permanent anliegt.
Da kurzzeitige Störungen
effektiv durch Filter- und Puffereinrichtungen abgefangen werden
können,
wird eine Störung
weiterer Schaltkreis durch das getaktete System durch das erfindungsgemäße Verfahren
effektiv unterbunden. Vor allem im Radioempfang nimmt ein Hörer kurzzeitig
auftretende Störungen
nicht wahr.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
für ein
getakteten Systems mit einem anregenden Oszillator, wobei der anregende
Oszillator derart eingerichtet ist, dass dessen Oszillationsfrequenz
durch ein Steuersignal einstellbar ist; weist einen Modulationsoszillator
auf, welcher mit dem anregenden Oszillator verbunden ist und eingerichtet
ist ein periodisches Steuersignal zum Modulieren einer Oszillationsfrequenz
des anregenden Oszillators auszugeben, derart dass die mittlere
Leistung einer Hochfrequenzabstrahlung in einem vorgegebenen Frequenzband
unterhalb einem Maximalwert liegt.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens und der im Patentanspruch
5 angegebenen Vorrichtung.
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Eine
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Modulationsfrequenz
auf mehr als 400 kHz eingestellt wird. Diese Frequenz ist ausreichend
hoch, so dass die meisten UKW-Empfänger nicht gestört werden.
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Eine
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht die weiteren Schritte
vor: Erfassen eines der Leistung der Hochfrequenzabstrahlung entsprechenden
Signals; Steuern des Frequenzhubes anspre chend auf das Signal, derart
dass das Signal unterhalb einem dem Maximalwert entsprechenden maximalen
Signal bleibt.
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Eine
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht die weiteren Schritte
vor: Erfassen eines der Leistung der Hochfrequenzabstrahlung entsprechenden
Signals; Bestimmen des Frequenzhubs basierend auf einem Verhältnis des
Maximalwertes zu dem Signal;
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Eine
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass eine Verstärkungseinrichtung
zum Verstärken
des Steuersignals zwischen dem anregenden Oszillator und dem Modulationsoszillator
vorgesehen ist, wobei die Verstärkungseinrichtung
eine einstellbare Verstärkung
aufweist, um den Frequenzhub einzustellen, welcher proportional
zu dem Steuersignal ist, einzustellen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowie vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren
der Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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ZEICHNUNGEN
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In
den Figuren zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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2 eine
schematische Darstellung eines verwendeten Frequenzbereichs für einen
Stereoempfänger;
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3 eine
schematische Darstellung verwendeter Frequenzbereich eines Rundfunkempfängers;
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4 eine
Blockdarstellung eines Rundfunkempfängers;
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5 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Problematik der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine
schematische Darstellung eines Frequenzbereiches zur Erläuterung
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten, soweit nichts gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein getaktetes System 21, z.B.
ein Mikroprozessor oder ein getakteter Spannungswandler, ist mit
einem anregenden Oszillator 22 zur Vorgabe eines primären Takts
mit einer Oszillationsfrequenz fT verbunden.
Der Oszillator 22 ist so eingerichtet, dass die Oszillationsfrequenz
fT mittels eines Steuersignals 30 geändert werden
kann. Dieses Steuersignal 30 wird von einem Modulationsoszillator 24 bereitgestellt.
Das Steuersignal 30 ist ein periodisches Signal, es kann
sinusförmig,
dreiecksförmig
oder anderes geartet sein. Durch Anlegen des periodischen Steuersignals 30 wird
dann die Oszillationsfrequenz fT periodisch
mit einem vorgegebenen Frequenzhub zwischen einer unteren und einer oberen
Grenzfrequenz moduliert. Dadurch wird die Hochfrequenzabstrahlung
ebenfalls moduliert und somit deren Leistung über einem dem Frequenzhub entsprechenden
Frequenzbereich verteilt. Gemäß bekannten Spezifikationen
von anderen Schaltkreises und gesetzlichen Vorgaben kann eine maximale
zulässige
Hochfrequenzabstrahlung in einzelnen relevanten Frequenzbereichen
bestimmt werden. Daraufhin wird der Frequenzhub so eingestellt,
dass die zeitlich gemittelte Leistung der Hochfrequenzabstrahlung
innerhalb der relevanten Frequenzbereiche unterhalb des maximal
zulässigen
Wert liegt. Eine Einstellung des Frequenzhubs kann mittels einer
regelbaren Verstärkungseinrichtung 23 vorgenommen
werden, welche zwischen dem Oszillator 22 und dem Modulationsoszillator 24 zur
Verstärkung
oder Dämpfung
des Steuersignals 30 angeordnet ist.
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Es
ist weiter möglich
eine Antennenvorrichtung 25 vorzusehen, welche die Hochfrequenzabstrahlung des
getakteten Systems 21 erfasst. Die erfasste Hochfrequenzabstrahlung
wird einer Steuerungseinrichtung 26 zugeführt, welche
basierend darauf die Verstärkungseinrichtung 23 steuert,
um den Frequenzhub zu erhöhen.
Dies kann z.B mit Hilfe einer negativen Rückkopplung erfolgen, wobei
die Steuerungseinrichtung 26 entsprechende internen Signalverstärker aufweist
und die verstärkten
Signale an die Verstärkungseinrichtung 23 ausgibt.
Da sich hierbei sehr häufig
die Oszillationsfrequenz ändert,
kann dies zu Störungen
im Schaltverhalten des getakteten Systems 21 führen kann.
Eine andere Ausführungsform
sieht daher vor, eine Steuerungseinrichtung 26 mit einer
geeignete Hysterese oder einem anderes gearteten Gedächtnis zu
verwenden. Eine weitere Ausführungsform
bestimmt den Frequenzhub basierend auf dem Produkt des relevanten
Frequenzbereichs mit dem Quotienten der erfassten zu der maximal
zulässigen
Hochfrequenzabstrahlung. Dazu weist die Steuerungseinrichtung 26 eine
entsprechende Datenverarbeitungseinrichtung auf.
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Diese
vorgenannten Ausführungsformen
eigenen sich Störungen
innerhalb von anderen Schaltkreisen zu vermeiden, wie sie z.B. in
einem Fahrzeug verwenden werden. Sollen jedoch Störungen im
Rundfunkempfang und insbesondere im UKW-Empfang von frequenzmodulierten
Trägersignalen
(FM-Empfänger) auf Grund
von Hochfrequenzabstrahlungen unterdrückt werden, dann sind noch
weitere Aspekte zu berücksichtigen,
wie nachfolgend ausgeführt
wird.
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Ein
FM-Empfänger
erfasst die Modulation der Oszillationsfrequenz fT (in
der Funktechnik entsprechend als Trägerfrequenz bezeichnet) als
Informationssignal mit einer Frequenz, welcher der Modulationsfrequenz
fM entspricht und eine Amplitude, welche
dem Frequenzhub entspricht. Ein Radiohörer nimmt somit bei einem sinusförmigen Steuersignal 30 mit
der Modulationsfrequenz fM (in der Funktechnik
entsprechend Informationsfrequenz bezeichnet) ein Pfeifen in einer
Tonhöhe
wahr, welche der Modulationsfrequenz fM entspricht. Daher
ist es notwendig die Modulationsfrequenz fM außerhalb
der Bereiche zu wählen,
welche durch einen FM-Empfänger
demoduliert werden.
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In 2 ist
dazu der verwendete Frequenzbereich um eine Trägerfrequenz fT für eine typische
Stereosignalübertragung
eines UKW-Senders dargestellt. In drei Bändern werden ein Monosignal
und zwei Stereosignale übertragen,
zudem werden in einem Band zwischen 54,6 kHz und 59,4 kHz Datensignale
zur Identifizierung des Radiosenders und/oder der Musiktitel übermittelt.
Daraus ergibt sich, dass die Modulationsfrequenz fM mindestens
59,4 kHz sein muss, um durch einen FM-Empfänger nicht in ein hörbares Radiosignal umgewandelt
zu werden.
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In 3 ist
schematisch der verwendete Frequenzbereich eines einzelnen Senders
bzw. Empfängers eines
UKW-Systems dargestellt. Die Bandbreite B ist symmetrisch um eine
Trägerfrequenz
fT angeordnet, wobei fi die
Informationsfrequenz und Δf
den Frequenzhub bezeichnen. Sowohl die Informationsfrequenz fi als auch der Frequenzhub Δf liegen
innerhalb der Bandbreite.
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Uberraschenderweise
zeigen sich jedoch auch bei Modulationsfrequenzen fM von > 60 kHz Störsignale beim
Empfang von UKW-Signalen. Eine Ursache dafür liegt in dem Aufbau von herkömmlichen
FM-Empfängern,
deren erste Empfangsstufen schematisch in 4 dargestellt
sind. Ein Signal wird von einer Antenne 1 empfangen, in
der folgenden Reihenfolge über
einen Verstärker 2 an
einen steuerbaren Bandpassfilter 3, einem einstellbaren
Hochfrequenzverstärker 17,
einem zweiten einstellbaren Bandpassfilter 4 und einem Mischer 5 zugeführt. Dem
Mischer 5 wird zusätzlich
die Trägerfrequenz
zugeführt,
welche von einem Hochfrequenzgenerator 12 generiert wird.
Der Hochfrequenzgenerator 12 weist typischerweise einstellbare
Frequenzelemente, wie Kapazitätsdioden
auf, welche sich durch das Steuersignal 15 einstellen lassen.
Das von dem Mischer 5 gemischte Signal wird an einen Zwischenkreisfilter 6 weitergeleitet,
welcher nur Signale passieren lässt,
welche der Bandbreite des Rundfunkempfängers entsprechen. Das gefilterte
Signal wird einem weiteren Verstärker 7 zugeführt, welche
mit einer Steuerungseinrichtung 8 kommuniziert und mittels
eines Steuersignals die Aussteuerung des Hochfrequenzverstärkers 17 anpasst.
Das Zwischenfrequenz-Signal wird an einen zweiten Zwischenkreisfilter 9 übermittelt.
Basierend auf dem demodulierten Signal regelt eine Steuerungseinrichtung/Demodulator 10 die
Frequenz des Hochfrequenzoszillators 12 mittels eines Steuersignals 15 nach, wenn
das demodulierte Trägersignal
nicht bei 0 Hz liegt, also das Trägersignal, mit der Frequenz
von dem Hochfrequenzoszillator moduliert, die Zwischenfrequenz ergibt.
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Wird
ein frequenzmoduliertes Signal mit großen Frequenzhub empfangen,
so wandeln die steuerbaren Bandpassfilter 3, 4 die
Frequenzmodulation in eine Amplitudenmodulation um. Die Ursache
liegt darin, dass einzelne Frequenzen innerhalb des Frequenzhubes
durch die Filter 3, 4 stärker gedämpft werden als andere Frequenzen.
Da Informationssignale des FM-Empfangs nur einen geringen Frequenzhub
aufweisen und damit zu einer vernachlässigbaren Amplitudenmodulation
führen,
werden in herkömmlichen
FM-Empfängern keine
Vorkehrungen getroffen nichtlineare Effekte in dem Mischer 5 durch
die erwähnten
Amplitudenmodulationen zu vermeiden. Die nichtlinearen Effekte resultieren
unter anderem in einer parasitären
Frequenzmodulation des gemischten Trägersignals nach dem Mischer 5.
Da das amplitudenmodulierte Störsignal über den Pfad 4 den
Mischer beeinflusst. Je nach Ausführung des Empfängers kann
sich auf dem Pfad 4 das amplitudenmodulierte, oder das
demodulierte Störsignal
befinden. Dies führt
zu Störungen
im Empfang, welcher sich in unangenehmen Pfeifgeräuschen bemerkbar
machen kann. In 5 ist angedeutet, dass eine
Hochfrequenzabstrahlung mit einer Frequenz von fS durch
die nichtlinearen Effekte zu einer Störung mit einer geringeren Frequenz
fS' führen kann,
welche geringer als 60 kHz ist.
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Außerdem kann
sich die amplitudenmodulierte Störung
im Filter mit Hilfe von Kapazitätsdioden
mit dem frequenzmodulierten Signal mischen. Dieses neue frequenzmodulierte
Signal führt
dann zu einem Pfeifen im Radio.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nützt,
dass die Zwischenkreisfilter 6, 9 Signale ausfiltern,
welche außerhalb
der Bandbreite des Zwischenfrequenzfilters sind. Signale, welche
eine größere Modulationsfrequenz
fM aufweisen, werden als Signale eines Senders
mit einer benachbarten Übertragungsfrequenz
erachtet und dementsprechend durch die Zwischenkreisfilter 6, 9 unterdrückt. Daher
wird ein Oszillationssignal mit einer Modulationsfrequenz fM moduliert, welche größer als die Bandbreite B des
Rundfunkempfängers
ist. Dann passieren die parasitären
Frequenzmodulationen nicht die Zwischenkreisfilter 6, 7 und
beeinflussen somit nicht die Steuerungseinrichtung 10 und
den Hochfrequenzgenerator 12. Typischerweise liegen entsprechende
Entstörfrequenzen über 400
kHz. Schematisch ist in 6 angedeutet, dass die Modulationsfrequenz
fM größer als
die Bandbreite zu wählen
ist.
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