DE2315206A1

DE2315206A1 - Schaltungsanordnung zur demodulation eines phasenmodulierten signals

Info

Publication number: DE2315206A1
Application number: DE2315206A
Authority: DE
Inventors: Erich Burger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-27
Filing date: 1973-03-27
Publication date: 1974-10-03
Also published as: DK142639B; FR2223894A1; DE2315206B2; NO137414B; NO740600L; LU69694A1; IT1003899B; FR2223894B1; FI56085B; JPS49130158A; BE812898A; US3947777A; ZA741039B; NL7403999A; NO137414C; FI56085C; GB1460078A; DE2315206C3; DK142639C

Description

Schaltungsanordnung zur Demodulation eines phasenmodulierten Signals

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Demodulation eines phasenmodulierten Signals, das durch Modulation eines oder mehrerer Träger gewonnen wird, deren Frequenzen Vielfache einer Grundfrequenz sind. Dabei besteht das Signal aus einander folgenden Modulationsabschnitten und wird einem Analog-Kultiplikator zugefünrt. Außerdem ist ein Integrator vorgesehen, dem das Ausgangssignal des Multiplikators zugeführt wird und der ein demoduliertes Signal abgibt.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zur Demodulation eines phasenmodulier'cen Signals wird dieses phasenniodulierte Signal einem Multiplikator zugeführt und es wird ein multiplikatives Signal gewonnen, das der Multiplikation des phasenmodulierten Signals mit dem Träger entspricht. Dieses multiplikative Signal wird einem Integrator zugeführt, von dessen Ausgang das demodulierte Signal abgegeben wird. Um nur die Teile des multiplikativen Signals zur Integration heranzuziehen, die durch keine Phasensprünge des phasenmodulierten Signals beeinflußt sind, ist entweder im Übertragungsweg zwischen dem Multiplikator und dem Integrator oder innerhalb des Integrators ein Analogschalter vorgesehen, der nur jene Teile des multiplikativen Signals zur Wirkung kommen läßt, die nicht gestört sind durch Phasensprünge des phasenmodulierten Signals. Unter Verwendung eines derartigen Analogschalters werden somit unerwünschte Teile des multiplikativen Signals unterdrückt. Beispielsweise kann ein Analogschal-

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ter aus mehreren Transistorstufen gebildet werden.

Die bekannte Schaltungsanordnung zur Demodulation eines phasenmodulierten Signals hat den Nachteil mangelnder Temperaturstabilität, weil der aus mehreren Transistorstufen bestehende Analogschalter bei verschiedenen Temperaturen ein verschiedenes Schaltverhalten zeigt. Ein" derartiger Analogechalter bedingt an und für sich einen relativ großen technischen Aufwand, der umso größer ist, je größer die geforderte Temperaturstabilität des Analogschalters ist. Trotz großem technischen Aufwand lassen sich SignalVerzerrungen nicht verhinderns die unter Vervrendung des beschriebenen Analogschalters verursacht werden.

Der Erfindung..liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Demodulation eines phasenmodulierten Signals anzugeben, die sich bei guter TemperaturStabilität durch geringen technischen Aufwand auszeichnet.

Erfindungsgemäß ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ein Impulsgenerator vorgesehen, der eine Folge von Rechteckimpulsen erzeugt_s von denen je einer innerhalb eines Modulationsabschnittes auftritt und deren Dauer gleich dem reziproken Betrag der Grundfrequenz ist. Im Übertragungsweg,, über den ein empfangsseitig erzeugter Multiplikator zugeführt wird _s ist eine Schaltstufe vorgesehen, die mit den Rechteckimpulsen gesteuert wird. Außerdem wird unter Verwendung des Multiplikators durch Multiplikation des phasenmodulierten Signals mit dem durch die Schaltstufe hindurchgelassenen Signal ein multiplikatives Signal erzeugt und dem Integrator zugeführtο

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich-dadurch aus, daß die zu integrierenden Teile des multiplikativen Signals nicht durch eine begrenzte Integrationszeit

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ausgewählt werden, sondern dadurch, daß unter Verwendung der Schaltstufe nur jene Teile des multiplikativen Signals erzeugt werden, die anschließend auch integriert werden. Bei der erfindungsgemäSen Schaltungsanordnung erübrigt sich somit ein Analogschalter im Übertragungsweg zwischen dein Multiplikator und dem Integrator. Dabei ist der für die Schaltstufe erforderliche technische Aufwand wesentlich geringer als für den Analogschalter, weil unter Verwendung des Analogschalters bei der bekannten Schaltungsanordnung ein relativ komplexes Signal geschaltet werden muß, wogegen mit der Schaltungsanordnung nur ein relativ einfach verlaufender rechteckförmiger oder sinusförmiger Träger geschaltet werden muß. Mit einer derartigen Schaltstufe läßt sich auch bei geringem technischen Aufwand eine gute Temperaturstabilität erzielen, so daß SignalVerzerrungen, wie sie unter Verwendung der bekannten Schaltungsanordnung auftreten, weitgehend vermieden werden.

Wenn ein besonders geringer technischer Aufwand bei erträglicher Teinperaturstabilität angestrebt wird, dann ist es zweckmäßig, als Multiplikator zwei parallel geschaltete komplementäre Transistoren vorzusehen, die als Doppelstromschalter wirken. Dabei wird durch Zerhacken des phasenmodulierten Signals mit einem rechteckförmigen Träger ein multiplikatives Signal erzeugt, das dein Produkt des phasenmodulierten Signals und des Trägers entspricht.

Venn eine besonders große Temperaturstabilität bei erträglichem technischen Aufwand erzielt werden soll, dann ist es zweckmäßig, als Multiplikator zwei als Stromschalter v/irkende Feldeffekttransistoren vorzusehen. Diese beiden Feldeffekttransistoren werden einerseits mit dem phasenmodulierten Signal und andererseits mit dem Träger gesteuert, so daß über den Ausgang des Multiplikators wieder ein multiplikatives Signal an den nachgeschalteten Integrator abgegeben wird.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Gegenstände mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Datenübertragungsanlage

für phasenmodulierte Signale, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für

zeitdifferentielle Phasenmodulation, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für

frequenzdifferentielle Phasemodulation, Fig. 4 ein· Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur

Demodulation eines phasenmodulierten. Signals in prinzipieller Darstellung,
Fig. 5 Darstellungen von Signalen, die im Bereich des in

Fig. 2 dargestellten Demodulators auftreten, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Demodulation phasenmodulierter Signale, bei der als Multiplikator zwei parallel geschaltete komple- -mentäre Transistoren verwendet werden und Fig. 7 eine v/eitere Schaltungsanordnung zur Demodulation phasenmodulierter Signale, bei der im Multiplikator Feldeffekttransistoren verwendet werden.

Gemäß Fig. 1 v/erden von der Datenquelle DQ Daten an den Sender S abgegeben, von dem aus ein phasenmoduliertes Signal zum Empfänger EM übertragen wird. Der Empfänger EM verstärkt das empfangene Signal und gibt das phasenmodulierte Signal A an dem Demodulator DEM ab. Vom Demodulator DEM wird das modulierte Signal G an die Datensenke DS abgegeben. Als Datensenke DS kann beispielsweise ein Fernschreiber oder ein Datensichtgerät oder eine Datenverarbeitungsanlage vorgesehen sein.

Im Sender S könnte ein sinusförmiger Träger erzeugt werden, dessen Phase in zeitlichen Abständen von Modulationsabschnit-

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ten verändert wird, so daß ein phasenmoduliertes Signal dem Empfänger EM zugeleitet wird. In den meisten Fällen wird das vom Sender S zum Empfänger EM übertragene phasenmodulierte Signal durch Modulation mehrerer Träger gewonnen, deren Frequenzen Vielfache einer Grundfrequenz sind. Beispielsweise kann das phasenmodulierte Signal durch Modulation von 16 verschiedenen Trägern entstanden sein. Dem Empfänger EM wird somit ein Signalgemisch zugeleitet, dort verstärkt, so daß auch als phasenmoduliertes Signal A ein Signalgeaisch an den Demodulator DEM abgegeben wird.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung für die zeitdifferentielle Phasenmodulation, bestehend aus den Deinodulatoren DEMI, DEM2, aus der Verzögerungsstufe 0, ferner aus der Differenzstufe DIF. Der Empfänger EM gibt somit das phasenmodulierte Signal A ab, und von der Differenzstufe DIF wird das demodulierte Signal G an die Datensenke DS abgegeben. Die Verzögerung sstufe 0 verzögert das Signal A um einen Modulationsabschnitt .

Die Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für die frequenzdifferentielle Phasenmodulation, bestehend aus den Deinodulatoren DEK1, DEM2, DEM3, DEK4, ferner· aus den Differenzstufen DIF1, DIF2. Die phasenmodulierten Signale A1, A2, A3, A4 haben verschiedene Frequenzen, die ein Vielfaches einer ürundfrequenz f sind. Über die Ausgänge der Differenzstufen DIF1 bzw. DIF2 werden die demodulierten Signale G1 bzw. G2 an die Datensenken DS1 bzw. DS2 abgegeben.

Die Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbild der in den Fig. 1, 2, schematisch dargestellten Demodulatoren DEMI, DEM2, DEM3, DEI-14. Dieser Demodulator DEM besteht aus dem Multiplikator M, der Schaltstufe SCH, den Trägergenerator TG, den Impulsgeneratoren IG1, IG2 und aus dem Integrator INT. In Fig. 4 sind auch die 3ezugszeichen der in Fig. 5 dargestellten Signale eingezeich-

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net. Pro Träger ist je ein Demodulator DEM vorgesehen.

Der Multiplikator M gibt ein multiplikatives Signal ab, das dem Produkt der eingangs zugeführten Signalamplituden entspricht. Diesem Multiplikator M werden analoge Signale zugeführt und er gibt ein analoges multiplikatives Signal ab. Dem Multiplikator M wird das'Signal A zugeführt, von dem ein Ausführungsbeispiel in Fig. 5 ausführlicher dargestellt ist. Im einfachsten Fall besteht ein derartiges phasenmoduliertes Signal A aus einem sinusförmigen Träger, der zu den Zeitpunkten ti und t2 Phasensprünge aufweist. Unter Verwendung derartiger Phasensprünge v/erden in an sich bekannter Weise die Daten übertragen. Der zeitliche Abstand zwischen den beiden Phasensprüngen und den Zeitpunkten ti und t2 wird als Modulationsabschnitt a bezeichnet. Die zu den Zeitpunkten ti und t2 auftretenden Phasensprünge vollziehen sich in der Praxis meist über einen größeren Zeitraum, was in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gegenstandslos ist, so daß wir nicht näher darauf eingehen.

Im Impulsgenerator IG1 wird das Signal C erzeugt, das aus einer Folge von rechteckförmigen Impulsen besteht. Die Impulsdauer c dieser rechteckförmigen Impulse ist kürzer als der Modulationsabschnitt a und die Phasenlage dieser Impulse ist derart, daß je einer dieser Impulse innerhalb eines Modulationsabsclinittes a liegt. Die Dauer c der Impulse ist gleich dem reziproken Betrag der Grundfrequenz f. Somit ist

c = 1/f

Im Trägergenerator TG- wird ein Träger erzeugt, der hinsichtlich seiner Impulsfolgefrequenz und hinsichtlich seiner Phasenlage jenem Träger gleicht, der im Sender S gemäß Fig. 1 moduliert wird. Die Synchronisierung dieser beiden Träger ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird daher nicht näher beschrieben. Der im Trägergenerator TG erzeug-

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te Träger kann sinusförmig oder auch rechteckförmig sein. Im vorliegenden Fall wurde ein rechteckförmiger Träger B angenommen.

Im Übertragungsweg zwischen dem Trägergenerator TG und dem Multiplikator M ist die Schaltstufe SCH angeordnet, die bei der voll eingezeichneten Schaltstellung eine direkte Verbindung zwischen dem Trägergenerator TG und dem Multiplikator M herstellt. Wenn der in der Schaltstufe SCH eingezeichnete Schalter die gestrichelt dargestellte Schaltstellung einnimmt, dann wird die Verbindung vom Trägergenerator TG zum Multiplikator M unterbrochen. Die Schaltstufe SCH wird mit dem Binärsignal C gesteuert. Die beiden Binärwerte dieses Signals C und auch, weiterer Binärsignale werden mit den Bezugszeichen O und 1 bezeichnet. Mit dem Signal C=1 wird die voll eingezeichnete Schaltstellung und mit dem Signal C=O wird die gestrichelt dargestellte Schaltstellung der Schaltstufe SCH eingestellt. Über den Ausgang der Schaltstufe SCH wird somit das Signal D an den Multiplikator M abgegeben.

Im Multiplikator M wird das multiplikative Signal S erzeugt, das dem Produkt der Signale A und D entspricht. Dieses multiplikative Signal E wird den Integrator IHT zugeführt und integriert, so daß sich das Signal G ergibt. Im Impulsgenerator IG2 wird das Löschsignal F erzeugt,'mit dessen Hilfe die integrierten Beträge kurz nach den Zeitpunkten, ti und t2 gelöscht werden. Dabei ist

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Die Integrationszeit dee Integrators INT wird nicht durch einen Analogschalter festgelegt, der beispielsweise im Übertragungskanal zwischen dem Multiplikator M und dem Integrator IHT angeordnet sein könnte. Der Integrator INT ■würde während der Dauer r2 integrieren. Während der Zeiten el und e2 enthält das multiplikative Signal E jedoch keine

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integrierbaren Bestandteile, so daß tatsächlich nur während der Zeit c integriert wird, d.h. während der Dauer der Impulse des Signals C.

In Fig. 6 sind Ausführungsbeispiele der Schaltstufe SCH, des Multiplikators M und des Integrators INT dargestellt. Die Schaltstufe SCH besteht aus den Transistoren 11, 12 und aus den Widerständen 13, 14, 15, 16, 17_S 18. Über den Schaltungspunkt 19 wird das Signal D und über den Schaltungspunkt 20 wird ein dazu invertiertes Signal D an den Multiplikator M abgegeben.

Der Multiplikator M besteht aus den beiden parallel geschalteten komplementären Transistoren 22, 23» aus den Dioden 24, 25 und aus den Widerständen 26, 27, 28, 29, 30 und dem Potentiometer 31· Die Transistoren 22 und 23 wirken als Doppelstromschalter, die unter Verwendung der Signale D -bzw. D gesteuert werden.

Der Integrator IHT besteht aus dem Operationsverstärker 33, aus den Transistoren 34, 35, den Widerständen 36, 37, 38,

39 und aus dem Ladekondensator 40. An mehrere Schaltungspunkte der in Fig. 6 dargestellten Schaltung liegen die Spannungen +u und -u. Es sind dies.die gleichen Spannungen, die in Fig. 5 beim Signal F eingezeichnet sind» Der Ladekondensator

40 wird während der Dauer r2 des in Fig. 5 dargestellten Signals F aufgeladen und während der Dauer r1 über die Emitterkollektorstrecken der Transistoren 34 und 35 entladen.

Die Fig. 7 zeigt weitere Ausführungabe'ispiele der in Fig. 4 schematisch dargestellten Schaltstufe SCH, des Multiplikators M und des Integrators INT.

Die in Fig. 7 dargestellte Schaltstufe SCH besteht aus den Transistoren 42, 43, aus den Widerständen 44, 45, 46, 47 und

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aus den Dioden 48, 49. Über die Schaltungspunkte 50 bzw. 50 wird das Signal D bzw. Έ an den Multiplikator M abgegeben.

Der in Fig. 7 dargestellte Multiplikator M besteht aus den Feldeffekttransistoren 51, 52 und aus den Dioden 53» 54. Diese beiden Feldeffekttransistoren 51 und 52 wirken als Stromschalter und werden mittels der Signale B bzw. D gesteuert .

Schaltungsanordnungen zur Demodulation eines phasenmodulierten Signals, die gemäß Fig. 6 und Fig. 7 aufgebaut sind, zeichnen sich durch großen Aussteuerbereich des Signals A aus. Die Ainplitudai des Signals A dürfen somit innerhalb eines großen Amplitudenbereiches variieren, ohne daß die Demodulation beeinträchtigt wird.

7 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1J Schaltungsanordnung zur Demodulation eines phasenmodulierten Signals, das durch Modulation eines Trägers oder durch Modulation mehrerer Träger gewonnen wird, deren Frequenzen Vielfache einer Grundfrequenz sind, wobei das Signal aus einander folgenden Modulationsabschnitten besteht und einem Analog-Multiplikator zugeführt wird und wobei ein Integrator vorgesehen ist, dem das Ausgangssignal des Multiplikators zugeführt wird und der ein denioduliertes Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (IGI) vorgesehen ist, der eine Folge von Rechteckimpulsen (C) erzeugt, von denen je einer innerhalb eines Modulationsabschnittes (a) auftritt und deren Dauer (c) gleich dem reziproken Betrag (i/f).der Grundfrequenz (f) ist, daß im Übertragungsweg über den ein empfangsseitig erzeugter Träger dem Multiplikator (M) zugeführt wird, eine Schaltstufe (SCH) eingeschaltet ist, die mit den Rechteckimpulsen (C) gesteuert wird und daß unter Verwendung des Multiplikators (M) durch Multiplikation des phasenmodulierten Signals (A) mit dem durch die Schaltstufe (SCH) hindurch gelassenen Signal (D) ein multiplikatives Signal (E) erzeugt wird, das dem Integrator (INT) zugeführt wird (Fig. 4, 5)
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Impulsgenerator (IG2) vorgesehen ist, der eine Folge von rechteckförmigen Löschimpulsen (F) erzeugt, von denen je einer zu Beginn jedes Modulationsabschnittes (a) auftritt und deren Dauer (rl) kleiner ist als die halbe Differenz () des Modulationsabschnittes (a) und der Dauer (c) der Rechteckimpulse (C) (Fig. 4, 5).
3. Schaltungsanordnung nach Ansprach. 1 _f d a d u r c h g ekennz e lehnet, daß der Multiplikator (M) zwei

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komplementäre Transistoren (22 bzw. 23) enthält, denen über je eine Diode (24 bzw. 25) und über die Basis das durch die Schaltungsanordnung (SCH) hindurchgelassene Signal (D) bzw. ein dazu komplementäres Signal (D) zugeführt wird, deren Emitter das phasenmodulierte Signal (A) zugeführt wird und deren Kollektoren über j^e einen Widerstand (29 bzw. 30) an den Ausgang des Multiplikators (M) angeschlossen sind (Fig. 6).

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (SCH) einen dritten Transistor (11) und einen vierten Transistor (12) enthält, daß der Träger (B) der Basis des dritten Transistors (11) zugeführt wird, daß die Rechteckimpulse (C) der Basis des vierten Transistors (12) zugeführt werden, daß die Emitter des dritten Transistors (11) und des vierten Transistors (12) an einen Pol (-Hi) einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind, daß der Kollektor des vierten Transistors (12) über einen Widerstand an den anderen Pol (~u) der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist und daß über die Kollektoren des vierten bzw. dritten Transistors (12 bzw. 11), das durch die Schaltstufe (SCH) hindurchgelassene Signal (D) bzw. das dazu komplementäre Signal (D) an die Basen der Transistoren (22, 23) des Multiplikators (M) abgegeben werden (Fig. 6).

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (INT) aus einem Operationsverstärker (33)» aus einem Ladekondensator (40) und aus einer steuerbaren Schaltstrecke (34, 35) gebildet wird, daß die steuerbare Schalxstrecke (34, 35) in Serie zum Ladekondensator und zum Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers (33) angeordnet is^ und daß unter Verwendung des Löschsignals (F) die Schalxstrecke (34, 35) leitend gesteuert und damit der Ladekondensator (40) entladen wird (Fig. 6, 7).

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Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikator (M) zwei als Stromschalter geschaltete Feldeffekttransistoren (51, 52) enthält, deren Basis über je eine Diode (53 bzw. 54) das durch die Schaltstufe (SCH) hindurchgelassene Signal (D) bzw. das dazu inverse Signal (D) zugeführt v/erden, daß das phasenmodulierte Signal (a) in je einer der Elektroden der Feldeffekttransistoren zugeführt wird und daß das multiplikative Signal (E) über eine Elektrode eines Feldeffekttransistors (51) abgegeben wird (Fig. 7).

Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (SCH) einen fünften Transistor (42) und einen sechsten Transistor (43) enthält, deren Kollektoren über je einen Kollektorwiderstand (44 bzw. 45) an den einen Pol (+u) der Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind und deren Emitter über einen gemeinsamen Emitterwiderstand (46) an den anderen Pol (-u) der Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind und über deren Kollektoren das durch die Schaltstufe (SCH) hindurchgelassene Signal (D) bzw. das dazu inverse Signal (D) an die Basen der Feldeffekttransistoren (51 bzw. 52) abgegeben werden (Fig. 7).

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