DE19963647B4

DE19963647B4 - Mischeranordnung

Info

Publication number: DE19963647B4
Application number: DE1999163647
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr.-Ing. Gierl; Christoph Dipl.-Ing. Benz; Sven Dipl.-Ing. Peter
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH; Harman Becker Automotive Systems Becker Division GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2019-12-30
Also published as: DE19963647A1

Abstract

Mischeranordnung zur Integration mit einer durch einen Systemtakt (12) getakteten digitalen Signalverarbeitungseinrichtung (9, 10) mit
einem ersten Mischer (2) zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals durch Mischen eines Eingangssignals (1) mit einem ersten Trägersignal (3),
einem dem ersten Mischer (2) nachgeschalteten Analog-Digital-Umsetzer (5) zum Erzeugen eines digitalisierten Zwischenfrequenzsignals (6),
einem dem Analog-Digital-Umsetzer (5) nachgeschalteten zweiten digitalen Mischer (7) zum Erzeugen eines Signals durch Mischen des digitalisierten Zwischenfrequenzsignals (6) mit einem zweiten digitalen Trägersignal (8),
einem dem zweiten Mischer (7) nachgeschalteten digitalen Demodulator (9),
einer dem Demodulator (9) nachgeschalteten digitalen Signalaufbereitungseinrichtung (10) zum Erzeugen eines digitalen Audiosignals (11) mit einer Abtastfrequenz (f_s),
einem Taktgenerator (13) zur Erzeugung des Systemtakts (12) mit einer Taktfrequenz (nf_s), welche ein ganzzahliges (n) Vielfaches der Abtastfrequenz (f_s) ist,
einer ersten Signalerzeugungseinrichtung (14) zum Erzeugen des ersten Trägersignals (3) bei einer einem ganzzahligen Vielfachen (m) der Taktfrequenz (nf_s) des Systemtakts (12) entsprechenden...

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischeranordnung zur Integration mit einer durch einen Systemtakt getakteten digitalen Signalverarbeitungseinrichtung.

Entsprechend den Frequenzrastern bei den Empfangsbändern von Empfängern für frequenzmodulierte oder amplitudenmodulierte Signale arbeiten übliche Mischoszillatoren mit einer Schrittweite (Auflösung) von 50 KHz. Dabei wird die Mischoszillatorfrequenz und die Schrittweite zur Einstellung dieser Frequenz typischerweise von einem Quarz der Frequenz 10,25 MHz abgeleitet. Mit Hilfe von Teilern und einem Phasenkomparator wird eine Mischoszillatorfrequenz eingestellt, die die gewünschte Empfangsfrequenz auf die gebräuchliche Zwischenfrequenz (ZF) von 10,7 MHz umsetzt.

Für eine digitale Weiterverarbeitung der Empfangssignale zu Audiosignalen ab der Zwischenfrequenzebene wird vorzugsweise eine Abtastfrequenz und ein Systemtakt gewählt, der jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Audio-Abtastfrequenz von 44,1 KHz bzw. 48 KHz beträgt. Die sich aus dieser Forderung ergebenden Taktraten lassen sich nicht aus dem bereits erwähnten Quarz von 10,25 MHz ableiten, sondern erfordern eine eigene Taktbasis, welche typischersweise einen Quarz von 11,2896 MHz aufweist.

Bei der Integration eines insbesondere als Phasenregelkreis ausgeführten Mischoszillators und digitaler Signalverarbeitungseinheiten, die jeweils mit den obengenannten unterschiedlichen Taktraten arbeiten, besteht daher die Gefahr, daß die unterschiedlichen Taktraten zu Interferenzen führen, welche ihrerseits erhebliche Einbußen bei der Empfangsqualität eines mit der Mischeranordnung betriebenen Empfängers nach sich ziehen können. Um dies zu verhindern, wurden bisher entweder rein analog arbeitende Empfänger oder getrennte Chipsätze für analoge Vorverarbeitung und digitale Nachbearbeitung vorgesehen. Beide Vorgehensweisen sind jedoch mit einem hohen Aufwand verbunden.

Nach DE 4004631 A1 sind zudem Mischeranordnungen in Fernsehempfangsteilen bekannt, die mit einer systemgetakteten digitalen Signalverarbeitungeinrichtung zur Aufrechterhaltung der ZF als ganzzahliges Vielfaches des Systemtaktes integriert sind. Allerdings muss hier im Gegensatz zum Audiobereich die ZF nicht mit der o.g. Genauigkeit eingehalten werden. Zwischenfrequenzen, die von der gewünschten ZF von 10,7 MHz abweichen, werden auch in DE 4128129 C1 diskutiert.

Ein Doppelsuperhet, wie beispielsweise in DE 69226245 T2 beschrieben, bedient sich zur genaueren Einstellung der ZF zweier hintereinander geschalteter Mischer für die Grob- und Feinjustage, wobei eine Korrelation zum Systemtakt nicht offenbart wird. Einen gemeinsamen Taktgenerator für zwei Mischer zeigt zudem VIDMAR M. „Digitale Signalverarbeitungs-Techniken für Funkamateure, Teil 1. In: UKW-Bereiche, H. 3/1988, S. 136–153, auf, ohne die erörterte Problematik separater Taktfrequenzen für den Analog- und Digitalbereich lösen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine für eine digitale Signalnachbearbeitung geeignete Mischeranordnung anzugeben, bei der durch Integration einer analogen und digitalen Mischeranordnung mit der digitalen Signalnachbearbeitung über einen ge meinsamen Systemtakt Interferenzen vermieden werden und ein geringerer Aufwand notwendig ist.

Die Aufgabe wird durch eine Mischeranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, daß die Mischoszillatorfrequenz und die Schrittweite des Mischoszillators nicht mehr von einem entsprechenden Quarz (mit einer Frequenz von beispielsweise 10,25 MHz) abgeleitet wird, sondern von einem Taktgenerator für den Systemtakt, der beispielsweise Vielfache der Audioabtastfrequenz (zum Beispiel die 256-fache Abtastfrequenz von 44,1 KHz bzw. 48 KHz = 11,2896 MHz bzw. 12,288 MHz) zur Verfügung stellt. Dadurch kann bei einer Integration einer erfindungsgemäßen Mischeranordnung und digitalen Verarbeitungsstrukturen für Audiosignale ein vollsynchrones Design erzielt werden, bei dem das Auftreten von Interferenzen vermieden wird.

Durch die Verwendung eines zur Audioabtastfrequenz synchronen Systemtaktes wird die Schrittweite der Mischoszillatorfrequenz ebenfalls auf die Audio-Abtastfrequenz (z. B. 44,1 KHz bzw. 48 KHz) oder ganzzahligen Bruchteilen hiervon festgelegt. Es entsteht zwar bei der Mischung eine geringe Abweichung von einer gegebenen Zwischenfrequenz (z. B. 10,7 MHz), dieser Frequenzversatz wird jedoch anschließend mit Hilfe einer weiteren Signalverarbeitungseinrichtung kompensiert. Hierzu wird mit Hilfe eines weiteren Oszillators, dessen Mittenfrequenz in weiten Grenzen frei einstellbar ist, eine erneute Mischung vorgenommen. Für jede Empfangsfrequenz kann dabei der resultierende Frequenzversatz ermittelt und die zur Kompensation dessen erforderliche Mittenfrequenz des weiteren Oszillators eingestellt werden.

Im einzelnen umfaßt eine erfindungsgemäße Mischeranordnung einen ersten Mischer zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals durch Mischen des Eingangssignals mit einem ersten Trägersignal und einen dem ersten Mischer nachgeschalteten zweiten Mischer zum Erzeugen des Ausgangssignals durch Mischen des Zwischenfrequenzsignals mit einem zweiten Trägersignal. Desweiteren ist eine erste Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des ersten Trägersignals bei einer einem ganzzahligen Vielfachen der Taktfrequenz entsprechenden Frequenz und eine zweite Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des zweiten Trägersignals bei einer von einem Steuersignal abhängigen Frequenz vorgesehen. Eine an die erste Signalerzeugungseinrichtung angeschlossene Auswerteeinheit zum Erzeugen eines Steuersignals für die zweite Signalerzeugungseinrichtung ist derart, daß für jede Frequenz des ersten Signalerzeugungseinrichtung eine Frequenz des zweiten Signalerzeugungseinrichtung eingestellt wird, welche einen bestimmten Frequenzversatz kompensiert.

Bevorzugt wird dabei dem ersten Mischer ein Filter nachgeschaltet, das im wesentlichen zur Eliminierung unerwünschter Mischprodukte dient. Das Filter kann dabei als Anti-Aliasing-Filter für einen evtl. nachgeschaleten Analog-Digital-Umsetzer dienen.

Bei einer Ausführungsform wird die erste Signalerzeugungseinrichtung durch einen Phasenregelkreis gebildet, dessen Bezugsfrequenz gleich einem Bruchteil der Taktfrequenz oder einem Vielfachen der Taktfrequenz oder gleich der Taktfrequenz ist. Ein Phasenregelkreis ermöglicht es, ohne größeren Aufwand aus der Taktfrequenz eine synchrone andere Frequenz zu erzeugen.

Bevorzugt wird die zweite Signalerzeugungseinrichtung als digitaler Oszillator ausgeführt, und mittels eines digital aufgebauten Mischers mit dem mittels eines Analog-Digital-Umsetzers in ein digitales Signal umgewandelten Zwischenfrequenzsignal gemischt. Eine an möglichst vorderster Stelle im Signalfluß beginnende digitale Signalverarbeitung verringert die Gefahr von Interferenzen.

Bevorzugt wird der zweite Oszillator dabei durch mindestens ein rückgekoppeltes digitales Filter (beispielsweise zweiter Ordnung) gebildet, dessen Pole vorzugsweise direkt auf dem Einheitskreis der Z-Ebene liegen.

Eine alternative Ausführungsform ist eine Realisierung über einen Lookup Table, in dem beispielsweise eine ganze Periode oder ein Bruchteil einer Periode; vorteilhafterweise eine halbe oder viertel Periode eines Sinussignals abgelegt ist. Die Lookup Table Werte werden dabei mit einer gewissen Schrittweite (Adresseninkrement) ausgelesen. Dieses Inkrement legt dabei die Oszillatorfrequenz fest, während der Nullphasenwinkel durch die Startadresse für das Auslesen des Lookup Tables festgelegt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Beim Ausführungsbeispiel wird ein Eingangssignal 1, das beispielsweise von einer in der Zeichnung nicht gezeigten Hochfrequenzverstärkerstufe bereitgestellt wird und durch ein moduliertes Hochfrequenzsignal gegeben ist, einer Mischstufe 2 zugeführt. Die Mischstufe 2 erhält zudem ein Trägersignal 3, welches (beispielsweise durch Multiplikation) mit dem Eingangssignal 1 gemischt wird. Das so erhaltene Signal wird einem der Mischstufe 2 nachgeschalteten Bandpaßfilter 4 zugeführt, das unerwünschte Mischprodukte unterdrückt und nur ein gewünschtes Zwischenfrequenzsignal durchläßt. Dem Bandpaßfilter 4 ist seinerseits ein Analog-Digital-Umsetzer 5 nachgeschaltet, dessen das digitalisierte Zwischenfrequenzsignal 6 bildende Ausgangssignal einer digitalen Mischstufe 7 zugeführt wird. Die Mischstufe 7 mischt (beispielsweise durch Multiplikation) das digitalisierte Zwischenfrequenzsignal 6 mit einem digitalen Trägersignal 8 und führt dies einem digitalen Demodulator 9 zu. Dem Demodulator 9, der auch geeignete digitale Filter zur Bandbegrenzung aufweisen kann, ist schließlich eine digitale Signalaufbereitungseinrichtung 10 nachgeschaltet, die an ihrem Ausgang beispielsweise zwei digitale Audiosignale 11 bereitstellt.
Die Audiosignale 11 weisen dabei eine Abtastrate fs auf. Der Demodulator 9 und die Signalaufbereitungseinrichtung 10 werden mit einem Taktsignal 12 getaktet, dessen Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches n der Abtastrate fs ist. Das Taktsignal 12 wird dabei von einem Taktgenerator 13 erzeugt, der gegebenenfalls etwa durch einen Phasenregelkreis auf die Abtastfrequenz fs bezogen ist.
Das analoge Trägersignal 3 und das digitale Trägersignal 8 werden jeweils durch eine Signalerzeugungseinrichtung 14 bzw. 15 erzeugt. Die Signalerzeugungseinrichtung 14 zur Erzeugung des Trägersignals 3 wird durch einen Phasenregelkreis gebildet, bei dem ein steuerbarer analoger Oszillator 16 von einem Phasendetektor 17 gesteuert wird. Der Phasendetektor 17 vergleicht das um einen bestimmten Wert durch einen Frequenzteiler 18 in der Frequenz geteilte Ausgangssignal des Oszillators 16, also das Trägersignal 3, mit dem Taktsignal 12 vom Taktgenerator 13. Die Frequenz des Trägersignals 3 ist gleich dem Produkt aus der Abtastrate fs, dem Wert n sowie dem Teilerfaktors m des Frequenzteilers 18. Zur Einstellung unterschiedlicher Empfangsfrequenzen kann das Teilerverhältnis 1/m verändert werden. Die Information über das Teilerverhältnis 1/m und/oder die tatsächliche Frequenz des Oszillators 16 stellt wird an eine Auswerteeinrichtung 19 weitergegeben, um daraus ein Steuersignal für den steuerbaren digitalen Oszillator 15 zu erzeugen.
Beim Ausführungsbeispiel wird also erfindungsgemäß zur Vermeidung von Interferenzen die Zeitbasis des Phasenregelkreises 14 aus einem gemeinsamen, das gesamte Audiosystem taktenden Taktsignal 12 abgeleitet, das ein ganzzahliges Vielfaches n der Audioabtastrate fs ist. Die prinzipielle Funktionsweise des Phasenregelkreises 14 wird hierdurch nicht berührt, sondern es wird lediglich die Schrittweite des Phasenregelkreises 14 auf beispielsweise 44,1 KHz bzw. 48 KHz oder ganzzahligen Bruchteilen hiervon festgelegt.
Dadurch wird allerdings eine gewünschte Empfangsfrequenz in der Regel nicht mehr exakt auf die üblichen 10,7 MHz umgesetzt, da die sich somit ergebende Frequenz des Trägersignals 3 des als Mischoszillator fungierenden Phasenregelkreises 14 nicht mehr exakt in das vorgegebene Frequenzraster paßt. Die sich ergebende Frequenzabweichung ist jedoch kleiner als die halbe Schrittweite des Phasenregelkreises 14 und liegt somit bei einer Schrittweite (Auflösung) von fs/4 = 11,025 KHz bzw. 12 KHz im Toleranzbereich handelsüblicher Zwischenfrequenzfilter (beispielsweise Keramikfilter) wie sie als Anti- Aliasing-Filter vor einer Analog-Digital-Umsetzung des Zwischenfrequenzsignals eingesetzt werden.
Bei einer Frequenzdemodulation würde allerdings dieser Frequenzversatz zu einem störenden Gleichspannungsanteil führen. Daher erfolgt die Kompensation dieses Frequenzversatzes mittels eines weiteren Oszillators, nämlich des steuerbaren digitalen Oszillators 15, dessen Mittenfrequenz frei programmierbar ist. Aus der gewünschten Empfangsfrequenz und den erforderlichen Teilereinstellungen beim Phasenregelkreis 14 läßt sich der resultierende Frequenzversatz berechnen. Hieraus lassen sich wiederum Parameter für den digitalen Oszillator 15 ermitteln, um entsprechend dessen Mittenfrequenz für eine Umsetzung des Zwischenfrequenzsignals in das Basisband einzustellen. Auf diese Weise kann jede Abweichung von der nominellen Zwischenfrequenz von 10,7 MHz kompensiert werden.
Die Implementierung des digitalen Oszillators 15 kann entweder mittels entsprechender Software auf einem digitalen Signalprozessor (DSP) oder aber auch als dezidierte Hardwarestruktur erfolgen, wobei Algorithmen und Verfahren zur Verfügung stehen, die beispielsweise auf digitalen Filtern zweiter Ordnung basieren und deren Pole direkt auf dem Einheitskreis der Z-Ebene liegen.
Eine Alternative stellt die Realisierung über einen Lookup Table, der in dem beispielsweise eine Periode (halbe oder viertel Periode) eines Sinussignals abgelegt ist, und die Lookup Table Werte mit einer gewissen Schrittweise (Adresseninkrement) ausgelesen werden. Dieses Inkrement legt dabei die Oszillatorfrequenz fest, während der Nullphasenwinkel durch die Startadresse für das Auslesen des Lookup Tables festgelegt wird.

1: Eingangssignal
2: analoge Mischstufe
3: analoges Trägersignal
4: Bandpaßfilter
5: Analog-Digital-Umsetzer
6: digitalisiertes Zwischenfrequenzsignal
7: digitale Mischstufe
8: digitales Trägersignal
9: digitaler Demodulator
10: Signalaufbereitungseinrichtung
11: Audiosignale
12: Taktsignal
13: Taktgenerator
14: Signalerzeugungseinrichtung
15: Signalerzeugungseinrichtung
16: steuerbarer Oszillator
17: Phasendetektor
18: Frequenzteiler
19: Auswerteeinheit
fs: Abtastrate
n: Vielfaches
m: Teilerfaktor

Claims

Mischeranordnung zur Integration mit einer durch einen Systemtakt (12) getakteten digitalen Signalverarbeitungseinrichtung (9, 10) mit einem ersten Mischer (2) zum Erzeugen eines Zwischenfrequenzsignals durch Mischen eines Eingangssignals (1) mit einem ersten Trägersignal (3), einem dem ersten Mischer (2) nachgeschalteten Analog-Digital-Umsetzer (5) zum Erzeugen eines digitalisierten Zwischenfrequenzsignals (6), einem dem Analog-Digital-Umsetzer (5) nachgeschalteten zweiten digitalen Mischer (7) zum Erzeugen eines Signals durch Mischen des digitalisierten Zwischenfrequenzsignals (6) mit einem zweiten digitalen Trägersignal (8), einem dem zweiten Mischer (7) nachgeschalteten digitalen Demodulator (9), einer dem Demodulator (9) nachgeschalteten digitalen Signalaufbereitungseinrichtung (10) zum Erzeugen eines digitalen Audiosignals (11) mit einer Abtastfrequenz (f_s), einem Taktgenerator (13) zur Erzeugung des Systemtakts (12) mit einer Taktfrequenz (nf_s), welche ein ganzzahliges (n) Vielfaches der Abtastfrequenz (f_s) ist, einer ersten Signalerzeugungseinrichtung (14) zum Erzeugen des ersten Trägersignals (3) bei einer einem ganzzahligen Vielfachen (m) der Taktfrequenz (nf_s) des Systemtakts (12) entsprechenden Frequenz (mnf_s), einer zweiten Signalerzeugungseinrichtung (15) zum Erzeugen des zweiten digitalen Trägersignals (8) bei einer von einem Steuersignal abhängigen Frequenz und einer an die erste Signalerzeugungseinrichtung (14) angeschlossenen Auswerteeinheit (19) zum Erzeugen des Steuersignals für die zweite Signalerzeugungseinrichtung (15) derart, dass für jede Frequenz der ersten Signalerzeugungseinrichtung (14) eine einen bestimmten Frequenzversatz kompensierende Frequenz der zweiten Signalerzeugungsein richtung (15) eingestellt wird, wobei die erste Signalerzeugungseinrichtung (14) zur Erzeugung des ersten Trägersignals (3) durch einen Phasenregelkreis (16, 17, 18) gebildet wird, bei dem ein steuerbarer analoger Oszillator (16) von einem Phasendetektor (17) gesteuert wird, wobei der Phasendetektor (17) das um einen bestimmten Wert (m) durch einen Frequenzteiler (18) in der Frequenz geteilte erste Trägersignal (3) mit dem Systemtaktsignal (12) vergleicht und wobei die Information über das Teilerverhältnis (1/m) des Frequenzteilers (18) und/oder die tatsächliche Frequenz des analogen Oszillators (16) an die Auswerteeinheit (19) weitergegeben wird, um daraus das Steuersignal zu erzeugen, wobei die zweite Signalerzeugungseinrichtung (15) einen steuerbaren digitalen Oszillator (15) umfasst, dessen Mittenfrequenz frei programmierbar ist, wobei aus einer gewünschten Empfangsfrequenz und den erforderlichen Teilereinstellungen beim Phasenregelkreis (16, 17, 18) der resultierende Frequenzversatz berechnet wird, um die Mittenfrequenz des digitalen Oszillators (15) für eine Umsetzung des Zwischenfrequenzsignals in das Basisband einzustellen.
Mischeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Mischer (2) ein Filter (4) nachgeschaltet ist.
Mischeranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Signalerzeugungseinrichtung (15) durch ein entsprechendes rückgekoppeltes digitales Filter gebildet wird.
Mischeranordnung nach Anspruch 3, bei der das rückgekoppelte digitale Filter Pole auf dem Einheitskreis der Z-Ebene aufweist.
Mischeranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Signalerzeugungseinrichtung (15) über einen Lookup Table realisiert ist.