DE1139551B

DE1139551B - Circuit arrangement for equalizing electrical signals

Info

Publication number: DE1139551B
Application number: DE1958P0020198
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Jens Piening
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-02-24
Filing date: 1958-02-24
Publication date: 1962-11-15

Description

Schaltungsanordnung zur Entzerrung elektrischer Signale Bei der übertragung eines Frequenzbandes über einen Nachrichtenkanal ist es möglich, daß Phase und Amplitude der hohen Frequenzen vom Augenblickswert des niederfrequenten Signalanteils abhängig werden. Für diese Verzerrungen sind in der amerikanischen Literatur die Bezeichnungen »differential phase« und »differential gain« üblich. Für das Farbfernsehen nachdem amerikanischen NTSC-Verfahren z. B. ist es wichtig, diese Verzerrungen sehr klein zu halten. Dies ist möglich, indem alle an der Nachrichtenübertragung beteiligten Geräte so ausgeführt werden, daß sie nur einen entsprechend kleinen Anteil an der zulässigen Gesamtverzerrung liefern, was jedoch bei der Phase nicht immer mit erträglichem Aufwand möglich ist. Bei der Verwendung bereits vorhandener Anlagen für übertragungszwecke mit erhöhten Anforderungen, wie beispielsweise bei der Umstellung von Schwarzweiß- auf Farbfernsehen, können erhebliche derartige Verzerrungen auftreten.Circuit arrangement for equalizing electrical signals during transmission of a frequency band over a communication channel, it is possible that phase and amplitude of the high frequencies depends on the instantaneous value of the low-frequency signal component will. In the American literature these distortions are named "Differential phase" and "differential gain" common. For the color television after American NTSC method z. B. It is important to keep these distortions very small to keep. This is possible by everyone involved in the message transmission Devices are designed so that they only have a correspondingly small proportion of the deliver a permissible total distortion, but this is not always tolerable in the case of the phase Effort is possible. When using existing systems for transmission purposes with increased requirements, such as when converting from black-and-white on color television, significant such distortion can occur.

Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der die Entzerrung dadurch erfolgt, daß das Signal über zwei einander gegenläufig nichtlineare Verstärker gegeben und nach Einfügung einer Laufzeit in einen der Kanäle zusammenaddiert wird. Diese Anordnung ist relativ aufwendig, wenig anpassungsfähig an unterschiedliche Abhängigkeiten der Phasendrehung der hohen Signalfrequenzen vom niederfrequenten Signalanteil und hat außerdem den Nachteil, daß die gekrümmten Kennlinien der beiden Verstärker recht genau einander gegenläufig sein müssen.An arrangement is already known in which the equalization is thereby takes place that the signal is given by two mutually opposing non-linear amplifiers and are added together after inserting a transit time in one of the channels. These Arrangement is relatively complex and difficult to adapt to different dependencies the phase shift of the high signal frequencies from the low-frequency signal component and also has the disadvantage that the curved characteristics of the two amplifiers are right must be exactly opposite to each other.

Aus diesen Gründen besteht Bedarf nach einem einfachen und anpassungsfähigen Verfahren, um bei einem verzerrten Signal die Abhängigkeit der Phase der hohen Frequenzen vom Augenblickswert des niederfrequenten Signalanteils zu beseitigen.For these reasons there is a need for a simple and adaptable one Procedure to determine the phase dependency of the high frequencies in a distorted signal from the instantaneous value of the low-frequency signal component.

Zur Lösung dieser Aufgabe und zur Vermeidung der genannten Nachteile wird die Anordnung gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß das zu entzerrende Signal über einen bei den zu entzerrenden Signalfrequenzen etwa 90' phasendrehendenVerstärker mit nichtlinearer Kennlinie und mit einer Gegenkopplung, die die nichtlineare Kennlinie stark linearisiert und die Phasendrehung bei den zu entzerrenden Signalfrequenzen in Abhängigkeit von der - durch den vom niederfrequenten Signalanteil gegebenen Arbeitspunkt auf der nichtlinearen Kennlinie bestimmten -Schleifenverstärkung reduziert, gegeben wird, so daß die Phase der hohen Frequenzen gegenläufig zur vorhandenen Verzerrung in Abhängigkeit vom niederfrequenten Signalanteil gedreht wird. Der Verstärker selbst muß also eine gekrümmte Kennlinie besitzen und bei den zu entzerrenden Frequenzen eine neunenswerte Phasendrehung aufweisen. Durch die Gegenkopplung wird die Kennhnienphasendrehung reduziert. Die Reduktion der Phasendrehung hängt von der Verstärkung v des nicht gegengekoppelten Verstärkers ab, die ihrerseits von dem Arbeitspunkt auf der gekrümmten Kennlinie abhängL Gibt m an nun das zu entzerrende Signal über den Verstärker, so verschiebt der niederfrequente Signalanteil laufend den Arbeitspunkt auf der gekrümmten Kennlinie, so daß sich die Phasendrehung der Schaltungsanordnung für die hohen Frequenzen entsprechend ändert. Durch Wahl der gekrümmten Kennlinie, des Aussteuerbereiches auf dieser Kennlinie, Amplitude und Polarität des über den Verstärker gegebenen Signals, des Gegenkopplungsgrades und der Phasendrehung des nicht gegengekoppelten Verstärkers läßt sich die Schaltungsanordnung der gestellten Entzerrungsaufgabe anpassen. Die Gegenkopplung kann auf die verschiedenen üblichen Weisen realisiert werden.To achieve this object and to avoid the disadvantages mentioned, the arrangement is formed according to the invention so that the material to be equalized signal a at the to be equalized signal frequencies about 90 'phase rotate Denver more with non-linear characteristic and with a counter-coupling, which strongly linearizes the non-linear characteristic and the phase rotation at the signal frequencies to be equalized depending on the loop gain - reduced by the operating point given by the low-frequency signal component on the non-linear characteristic curve, so that the phase of the high frequencies is rotated in the opposite direction to the existing distortion depending on the low-frequency signal component. The amplifier itself must therefore have a curved characteristic curve and have a phase shift that is worthwhile at the frequencies to be equalized. The negative feedback reduces the identification phase rotation. The reduction of the phase shift depends on the amplification v of the amplifier with no negative feedback, which in turn depends on the operating point on the curved characteristic curve. so that the phase rotation of the circuit arrangement changes accordingly for the high frequencies. By choosing the curved characteristic, the modulation range on this characteristic, amplitude and polarity of the signal given via the amplifier, the degree of negative feedback and the phase rotation of the non-negative amplifier, the circuit arrangement can be adapted to the equalization task. The negative feedback can be implemented in the various usual ways.

Beschreibung an Hand des Zeigerdiagramms Abb. 1 zeigt das Blockschaltbild der Anordnung. Wegen der übersichtlichkeit sei hierfür angenommen, daß die Gegenkopplungsspannung k - 11, der Eingangsspannung 111 mit Hilfe eines idealen übertragers zuaddiert wird. Bei einer bestimmten hohen Frequenz habe der Verstärker die Phasendrehung a. Im Zeiger-' diagramm Abb. 2 ist der geometrische Ort für den Punkt B gemäß dem Satz vom Peripherie- und Zentriwinkel ein Kreis. Ändert sich der Betrag der Verstärkung 111, 1 / 1 Itgl 1 mit dem durch den niederfrequenten Signalanteil bestimmten Arbeitspunkt des Verstärkers, so bewegt sich der Punkt B auf dem Kreis. Zu den beiden Lagen B und B' gehört somit die Phasenänderung zlp.Description on the basis of the phasor diagram Fig. 1 shows the block diagram of the arrangement. For the sake of clarity, it is assumed that the negative feedback voltage k - 11 is added to the input voltage 111 with the aid of an ideal transformer. At a certain high frequency the amplifier has the phase rotation a. In the phasor diagram in Fig. 2, the geometric location for point B is a circle in accordance with the principle of peripheral and central angles. The amount varies from the gain 111, 1/1 ITGL 1 with the determined by the low frequency component operating point of the amplifier so, the point B moves on the circle. The phase change zlp therefore belongs to the two layers B and B '.

Lage des Kreises und Arbeitsbereich auf dem Kreis lassen sich so wählen, daß die trotz der Gegenkopplung noch vorhandene restliche kleine Kennlinienkrümmung bei hohen und tiefen Frequenzen gleich ist und sich somit durch eine weitere, nicht gegengekoppelte Verstärkerstufe mit entsprechend gegenläufig gekrümmter Kennlinie beseitigen läßt.The position of the circle and the working area on the circle can be selected that the remaining small curvature of the characteristic curve that is still present despite the negative feedback at high and low frequencies is the same and is therefore not through a further one Counter-coupled amplifier stage with correspondingly oppositely curved characteristic can eliminate.

Ferner verschwindet bei hohen Frequenzen, für die die Phasendrehung des nicht gegengekoppelten Verstärkers größer als 901 ist, die restliche Kennlinienkrümmung jeweils in einem bestimmten Arbeitsbereich auf dem zugehörigen Kreis praktisch voRständig. Diese Möglichkeit ist besonders wertvoll, wenn es auf die ganz genaue Übertragung eines relativ schmalen Frequenzbandes ankommt, wie das beim Farbfernsehen der Fall ist. Die dann noch auftretende restliche Kennlinienkrümmung bei tiefen Frequenzen kann in zulässigen Grenzen gehalten werden (s. nachstehendes Ausführungsbeispiel). Ausführungsbeispiel Abb, 3 zeigt einen Schaltungsvorschlag. Röl und Rö2 werden mit nur geringen Spannungen irn linearen Teil ihrer Kennlinie ausgesteuert, so daß sie keine Verzerrungen hervorrufen. Rö3 dagegen wird mit einer großen Wechselspannung angesteuert, und ihr Arbeitspunkt läßt sich mittels P, so verschieben, daß sich die Kennlinienkrümmung stark auswirkt. Die Gegenkopplung geschieht mittels des gemeinsamen Widerstandsanteils von P2, mit dem sich die Gegenkopplung einstellen läßt. Die Widerstände in den Anodenkreisen von Röl und Rö2 sind komplex und bewirken die Phasenverschiebung. Ihr Blindanteil läßt sich mittels der veränderlichen Kapazitäten einstellen. Eine Selbsterregung der Schaltungsanordnung ist nicht zu befürchten, da eine Phasendrehung von 1801 erst bei unendlich hoher Frequenz, wo die Verstärkung Null ist, erreicht wird. Am Gitter der Rö3 ist für Fernsehzwecke eine Klenunschaltung eingefügt. Die Schaltung kann durch Vorrichtungen für Umpolung des Signals, Erzielung der gewünschten Ausgangsspannung usw. noch ergänzt werden.Furthermore, at high frequencies, for which the phase rotation of the non-negative feedback amplifier is greater than 901 , the remaining characteristic curve practically disappears in each case in a certain working range on the associated circle. This option is particularly valuable when it comes to the very precise transmission of a relatively narrow frequency band, as is the case with color television. The remaining curvature of the characteristic curve at low frequencies can then be kept within permissible limits (see the following exemplary embodiment). Embodiment Fig. 3 shows a circuit proposal. Röl and Rö2 are controlled with only low voltages in the linear part of their characteristic curve, so that they do not cause any distortions. Rö3, on the other hand, is driven with a large alternating voltage, and its operating point can be shifted by means of P, so that the curvature of the characteristic has a strong effect. The negative feedback takes place by means of the common resistance component of P2, with which the negative feedback can be set. The resistances in the anode circuits of Röl and Rö2 are complex and cause the phase shift. Your reactive component can be adjusted by means of the variable capacities. Self-excitation of the circuit arrangement is not to be feared, since a phase shift of 1801 is only achieved at an infinitely high frequency, where the gain is zero. A sound circuit has been added to the grid of the Rö3 for television purposes. The circuit can be supplemented by devices for reversing the polarity of the signal, achieving the desired output voltage, etc.

Die Eigenschaften der Schaltungsanordnung bei einer für Entzerrung eines Farbfernsehsignals geeigneten Einstellung werden im folgenden angegeben. Es sei eine Hilfsträgerfrequenz von 4 MHz angenommen. Die Kapazitäten an den Anoden seien so eingestellt, daß die Phasendrehung bei 4 MHz 2 - 501 = 100' beträgt. Verlauf des Amplituden- und Phasenganges des nicht gegengekoppelten Verstärkers liegen somit fest. Abb. 4 zeigt die Amplituden- und Phasengänge des gegengekoppelten Verstärkers für die Fälle, daß k - v bei 4 MHz infolge Arbeitspunktänderung durch den niederfrequenten Signalanteil einmal 9 und einmal 4 ist. Die Phasendifferenz bei 4 MHZ beträgt 80; die Kennlinienkrümmung bei 4 MHz ist Null. Bei tiefen Frequenzen besteht ein Unterschied in der Kennliniensteilheit von 5 %. Bei kleineren verlangten Phasendifferenzen bei 4 MHz oder größeren Werten von k - v kann dieser Unterschied noch stark vermindert werden. Der leicht ansteigende Amplitudengang läßt sich ohne Schwierigkeiten wieder entzerren.The properties of the circuit arrangement with a setting suitable for equalization of a color television signal are given below. A subcarrier frequency of 4 MHz is assumed. The capacities at the anodes are set so that the phase shift at 4 MHz is 2-501 = 100 ' . The course of the amplitude and phase response of the amplifier not fed back are therefore fixed. Fig. 4 shows the amplitude and phase responses of the negative feedback amplifier for the cases that k - v at 4 MHz due to a change in the operating point due to the low-frequency signal component is once 9 and once 4. The phase difference at 4 MHz is 80; the curvature of the characteristic at 4 MHz is zero. At low frequencies there is a difference in the steepness of the characteristic curve of 5 %. In the case of smaller required phase differences at 4 MHz or larger values of k - v, this difference can still be greatly reduced. The slightly increasing amplitude response can be equalized again without difficulty.

Abb. 5 zeigt das Zeigerdiagramm für 4 MHz (a = 1001). Die daraus ermittelte Phasendrehung und relative Verstärkung bei 4 MHz in Abhängigkeit von k - v zeigt Abb. 6. Fig. 5 shows the vector diagram for 4 MHz (a = 1001). The phase shift and relative gain at 4 MHz as a function of k - v is shown in Fig. 6.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for equalizing electrical signals in which the phase of the high frequencies has been changed as a function of the instantaneous value of the low-frequency signal component due to imperfect signal transmission, characterized in that the signal to be equalized is via an amplifier which phase- reverses approximately 901 at the signal frequencies to be equalized is given reduced loop gain so that the phase - with non-linear characteristic and with a counter-coupling, which strongly linearizes the nonlinear characteristic and phase rotation to be equalized signal frequencies, depending on the on - determined by the given from the low-frequency signal component operating point on the nonlinear characteristic of the high frequencies is rotated in the opposite direction to the existing distortion depending on the low-frequency signal component.

2. Circuit arrangement according spoke 1, characterized in that the negative feedback amplifier is adapted to the equalization task by choosing the curved characteristic, the working range of this characteristic, the phase rotation at the frequencies to be equalized, the degree of negative feedback and the polarity of the signal. 3. Circuit arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the operating conditions are chosen so that the residual characteristic curvature still present despite the negative feedback is the same at high and low frequencies and can thus be corrected by a simple step with oppositely curved characteristic. 4. Circuit arrangement according to claims 1 and Z, characterized in that the curvature of the characteristic curve is completely eliminated for a certain range of high frequencies by choosing a phase rotation of the non-negative feedback amplifier of over 90 ' and suitable setting of the other operating conditions, and only at the low frequencies a very slight, permissible curve curvature remains. 5. Application of the circuit arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that a signal is pre-equalized to compensate for the following transmission distortions. Documents considered: German Patent No. 954 164; AIM, Z 631-6; IRE Transactions of Broadcast Transm. System, 6/1957.