DE19512858A1

DE19512858A1 - Bandpaßfilter mit geschaltetem Kondensator zur Pilotsignalerkennung

Info

Publication number: DE19512858A1
Application number: DE19512858A
Authority: DE
Inventors: Jeoung-In Lee; Yank-Gyun Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1996-02-15
Also published as: KR960009394A; KR970001313B1; JPH0879013A; CN1057176C; CN1117667A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bandpaßfilter vom Typ mit geschaltetem Kondensator, d. h. vom sog. "Switched Capaci tor"(SC)-Typ. Das Filter läßt sich insbesondere zur Erkennung eines Signals verwenden, mit dem ein jeweiliger Tonübertra gungszustand für einen Zweiträger-Mehrtonübertragungsempfän ger von anderen unterschieden werden kann.

Bei der Zweiträger-Mehrtonübertragung wird ein Übertragungs zustands-Unterscheidungssignal, d. h. ein Pilotsignal, zum An zeigen des jeweiligen Übertragungszustands (Mono/Stereo/Zwei sprachig) auf einen Subträger gelegt. Durch Erkennung des Pi lotsignals kann daher ein Fernseh- oder Videobandaufzeich nungsgerät die Übertragungszustände voneinander unterschei den. Jedoch wird zur Erkennung des Pilotsignals ein Bandpaß filter mit einer extrem schmalen Bandbreite benötigt, da das Pilotsignal von sehr geringer Größe verglichen mit derjenigen eines benachbarten Tonsignals und durch Rauschen sowie durch dieses Tonsignal selbst merklich gestört sein kann. Es gibt im wesentlichen drei verfügbare Methoden, ein solches Band paßfilter mit extrem geringer Bandbreite zu implementieren.

Zum einen könnte ein externes Filter benutzt werden. Zwar lassen sich damit die besten Ergebnisse hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften erzielen, die Verwendung eines Filters in Form eines separat hergestellten Produktes ist je doch die kostenintensivste Möglichkeit. Alternativ kann ein Transkonduktanz-Operationsverstärker (OTA) verwendet werden. Diese Methode verringert die Anzahl externer Komponenten so wie die Anzahl von Anschlüssen einer integrierten Schaltung dadurch, daß ein internes Filter eingebaut wird, und resul tiert in geringeren Herstellungskosten. Jedoch ist der Pol des OTA-Filters durch den Absolutwert integrierter Kondensa toren und Widerstände festgelegt. Daher besitzt, wenn das Filter innerhalb der integrierten Schaltung hergestellt wird, das Filter ohne Trimmen des Absolutwerts der internen Kompo nenten aufgrund der Einflüsse der Prozeßparameter möglicher weise keinen exakten Pol. Um dieses Prozeßparameterproblem zu überwinden, wird häufig ein SC-Filter benutzt. Bei der Anwen dung dieser Methode ist der Pol des SC-Filters unabhängig von den Absolutwerten der Kondensatoren lediglich durch das Ver hältnis der Kapazitäten und durch die Frequenz eines zur An steuerung eines Schalters verwendeten Zeittaktes bestimmt. Selbst wenn die Kapazitätswerte durch die Prozeßparameter bei der Herstellung des Filters innerhalb einer integrierten Schaltung schwanken, verändert sich aus diesem Grund das Ver hältnis der Kapazitäten kaum, so daß eine genaue Polcharakte ristik erhalten werden kann. Ungünstigerweise benötigt das SC-Filter jedoch einen exakten Zeittakt. Das Taktsignal ist dabei extern unter Verwendung eines kostenträchtigen Bau teils, z. B. eines abgestimmten Kristalls, zuzuführen, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist, in welcher die Konfiguration eines Bandpaßfilters unter Verwendung des SC-Filters und ei nes extern bereitgestellten Zeittaktes wiedergegeben ist.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel lung eines Bandpaßfilters vom SC-Typ zugrunde, bei dem mit vergleichsweise geringem Aufwand eine genaue Einstellung des Filterpols realisiert ist.

Dieses Problem wird durch ein Bandpaßfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Eine nachfolgend beschriebene, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sowie zu deren besserem Verständnis eine her kömmliche Ausführungsform sind in den Zeichnungen darge stellt, in denen zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Bandpaßfilters mit geschaltetem Kondensator,

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Bandpaßfil ters mit geschaltetem Kondensator,

Fig. 3 einen genaueren Schaltplan eines in Fig. 2 gezeigten Filterelementes und

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Verstärkung als Funk tion der Frequenz für das Bandpaßfilter mit geschal tetem Kondensator gemäß Fig. 2.

Das in Fig. 2 gezeigte, erfindungsgemäße Bandpaßfilter mit geschaltetem Kondensator besitzt ein Filterelement (100) und eine Phasenregelschleife (sog. "Phase-locked Loop", PLL) (200), die aus einem 1/N-Frequenzteiler (10), einem Phasende tektor (20), einem Tiefpaßfilter (LPF) (30) und einem span nungsgesteuerten Oszillator (VCO) (40) aufgebaut ist. In der PPL (200) erzeugt der VCO (40) eine Frequenz in Abhängigkeit von einem Eingangssignal. Das Ausgangssignal (f_vco) des VCO (40) wird als Zeittakt für das Filterelement (100) verwendet.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen, ist das Filterelement (100) aus Komparatoren (1 und 2), Kondensatoren (C1, C2, C3, C4, C5 und C6) und mehreren, vom Zeittakt des VCO (40) gesteuerten Schaltern aufgebaut. Das Taktsignal besteht aus einem nicht invertierten Signal (CK) und einem invertierten Signal (CKB). Die Übertragungsfunktion dieses SC-Filters gemäß Fig. 3 ist durch die folgende Gleichung 1 gegeben:

Aus Gleichung (1) ergibt sich der Pol f_c des SC-Filters zu

In den obigen Gleichungen bedeuten α eine Konstante des Fil terelements (1/2π im Fall eines sekundären Bandpaßfilters), f_ck die Taktfrequenz für die Schalteransteuerung des Filters und der Wert der Wurzel das Verhältnis der Kondensatoren des Filters.

Wie aus Gleichung (2) zu entnehmen, ist der Pol des Filter elementes durch das Verhältnis der Kondensatoren und durch die Taktfrequenz f_ck bestimmt. Bei konstantem Kapazitätsver hältnis besitzt der Pol einen zur Taktfrequenz proportionalen Wert. Das Verhältnis der Kapazitäten ist so festgelegt, daß die Taktfrequenz f_ck gleich dem Produkt einer ganzen Zahl (N) mit dem Pol des Filterelementes wird. Hierzu wird als erstes dafür gesorgt, daß als Taktfrequenz eine freischwingende Fre quenz f_f des VCO (40) dient. Die Ausgangsfrequenz f_vco des VCO wird dann durch den 1/N-Frequenzteiler (10) einer 1/N-Teilung unterworfen und zum Phasendetektor (20) zurückgeführt. Wenn die PLL (200) synchronisiert ist, ist die Ausgangsfrequenz f₂ des 1/N-Frequenzteilers (10) dieselbe wie die Frequenz f₁ an einem Signaleingang des Phasendetektors (20). Der Frequenzbe reich der PLL wird so schmal wie möglich festgesetzt, um ei nen fehlerhaften Systembetrieb zu minimieren.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bandpaßfilters mit geschaltetem Kondensator beschrieben. Im Anfangszustand, d. h. solange kein Eingangssignal vorhanden ist, befindet sich der VCO (40) in einem freischwingenden Zu stand. Der Pol f_c des Filterelements ist durch die frei schwingende Frequenz f_f des VCO (40) bestimmt. Wenn dem Fil terelement (100) ein Eingangssignal zugeführt wird, das in nerhalb des nutzbaren Frequenzbereichs der PLL (200) liegt, wird es dergestalt gefiltert, daß ein Signal mit der Frequenz f₁ an die PLL (200) abgegeben wird, so daß der VCO (40) der PLL (200) mit einer diesem Signal entsprechenden Frequenz os ziliert, d. h. einem Signal mit einer Frequenz f_vco gleich dem N-fachen der Frequenz des Eingangssignals. Das Signal mit der Frequenz f_vco wird als Zeittakt dem Filterelement (100) zuge führt, um die Frequenz f_c zu erhalten, und außerdem zum Pha sendetektor (20) rückgeführt, so daß die PLL (200) einrastet. Bei eingerasteter PLL (200) folgt die Oszillationsfrequenz des VCO (40) der Frequenz des Eingangssignals. Hierbei kann die Frequenz f_c des Filterelements (100) variiert werden. Wenn das Eingangssignal aus dem Synchronisationsbereich der PLL (200) herausfällt, wird das Einrasten der PLL (200) auf gehoben, und der VCO (40) gelangt in den freischwingenden Zu stand, so daß die Frequenz f_c in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt.

In dem Fall, in welchem die Schaltung von Fig. 2 integriert ausgeführt ist, schwankt möglicherweise die freischwingende Frequenz f_f des VCO (40) aufgrund von Prozeßparametern. Mit anderen Worten kann es sein, daß im Anfangszustand der Pol des Filterelements von der ursprünglich beabsichtigten Fre quenz f_c zu einer Frequenz f_c+Δf_c oder f_c-Δf_c geändert ist. In diesem Zustand weicht der Pol, wenn ein Eingangssignal dem Filter zugeführt wird, von der beabsichtigten Position ab, so daß das durchgehende Signal gedämpft und an die PLL (200) ausgegeben wird. Wenn die Größe des gedämpften Signals in den Betriebsbereich des Phasendetektors (20) fällt, arbeitet die PLL (200) und rastet ein. Der VCO (40) oszilliert bei einer entsprechenden Frequenz. Das Ausgangssignal des VCO (40) mit der Frequenz f_vco steuert das Filterelement so an, daß sich dessen Pol von der Frequenz f_c+Δf_c bzw. f_c-Δf_c zur Frequenz f_c verschiebt. Mit anderen Worten weist das gesamte System durch Selbstregulation selbst dann, wenn der Pol des Filterelements aufgrund von Prozeßparametern schwankt, eine genaue Fil tercharakteristik auf. Fig. 4 zeigt die Charakteristik des Bandpaßfilters von Fig. 2 in einer graphischen Darstellung.

Wie oben beschrieben, wird im erfindungsgemäßen Bandpaßfilter ein Filterelement verwendet, das keinen externen Zeittakt be nötigt und bei dem Fehler, die von Prozeßparametern verur sacht werden, durch Selbstregulation beseitigt werden können. In dem Fall, in welchem mehrere Signale, die in den Frequenz bereich der PLL fallen, eingegeben werden, wird das größte oder früheste Eingangssignal detektiert und auf dieses einge wirkt.

Claims

1. Bandpaßfilter mit geschaltetem Kondensator, gekennzeichnet durch

- ein Filterelement (100) und
- eine Phasenregelschleife (PLL) (200), die das Ausgangs signal des Filterelementes empfängt und ein Taktsignal als Zeittakt für das Filterelement mit einer Frequenz erzeugt, die einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz eines Pols des Filterelementes entspricht.

2. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeich net, daß die Phasenregelschleife (200) folgende Elemente ent hält:

- phasendetektierende Mittel (20), die das Ausgangssignal des Filterelements empfangen und die Phase detektieren,
- ein Tiefpaßfilter (30) zur Filterung des Ausgangssignals der phasendetektierenden Mittel,
- einen spannungsgesteuerten Oszillator (40) zur Frequenz veränderung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Tiefpaß filters und
- einen 1/N-Frequenzteiler, der das Ausgangssignal des span nungsgesteuerten Oszillators empfängt und einer 1/N-Teilung unterzieht und der das frequenzgeteilte Signal den phasende tektierenden Mitteln zuführt.

3. Bandpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch ge kennzeichnet, daß es das größte von mehreren Eingangssignalen detektiert, die in ein begrenztes Frequenzband fallen.

4. Bandpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch ge kennzeichnet, daß es das früheste von mehreren Eingangssigna len detektiert, die in ein begrenztes Frequenzband fallen.