DE2316532C2 - Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des dynamischen Bereichs eines Signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des dynamischen Bereichs eines Signals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt (»Funkschau« 1971. Heft 18. Seilen 577-579). Wenn die Vereinigung additiv erfolgt, arbeitet die Schaltungsanordnung als Kompressor; wenn die Vereinigung subtraktiv erfolgt, arbeitet die Schaltung als Expander. Der Eingang des weiteren Kanals kann dabei im Falle des Kompressors an den Ausgang oder an den Eingang des Hauptkanals angeschlossen sein; im Falle des zugehörigen Expanders erfolgt der Anschluß jeweils spiegelbildlich — bekanntlich bilden ein Kompressor und em4azu komplementärer Expander ein StörvermindenmgssySiem.
Bei der bekannten Schaltungsanordnung waren mehrere weitere Signalkomponenten vorgesehen, und bei einer Ausführung war ein Addierer vorgesehen, mit dem diese weiteren Signalkomponenten zusammengefaßt wurden, ehe sie gemeinsam mit der Hauptsignalkomponente vereinigt wurden, es war jedoch auch ins Auge gefaßt, die weiteren Signalkomponenten einzeln mit der Hauptsignalkomponente zu vereinigen.

Bei der Entstörung von Färbfernsehsignalen ist es erforderlich, das Chrominanz- und das Luminanzsignal zu trennen. Die normale Technik hierzu besteht darin, ein Bandsperrfilter mit einer »Kerbe« bei der Farbhilfsträgerfrequenz zu verwenden, um das Luminanzsignal herauszuziehen, das geringfügig mit Seitenbändern des Chrominanzsignales gestört ist, und ein Bandpaßfilter mit einem Durchlaßband, das auf die Farbhilfsträgerfrequenz zentriert ist und komplementär zur erwähnten »Kerbe« liegt, um das Chrominanzsignal herauszuziehen, das mit den oberen Seitenbändern des Luminanzsignales gestört sein kann, wenn diese vorhanden sind. Wenn Techniken zur Störungsverminderung jedoch getrennt in den unterschiedlichen Teilen des Frequenzspektrums angewandt werden sollen, ist die Beziehung zwischen den beiden getrennten Signalen außerordentlich kritisch, da diese Signale anschließend wieder vereinigt werden müssen.

Erfindungsgemäß soll deshalb eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art verfügbar gemacht werden, die eine Filterschaltung aufweist, die das Signal in komplementäre Frequenzbänder aufspaltet, und zwar in getrennte Signale mit präzise festgelegter Beziehung untereinander. und die darüber hinaus leichter einzustellen und stabiler ist als Schaltungen, bei denen getrennte Filter verwendet werden, um die beiden Signale herauszuziehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Der Eingang eines Stromverstärkers bildet eine virtuelle Erde. Die für das am ersten Ausgang stehende Signal maßgebliche Filterkennlinie ist deshalb durch ein Netzwerk bestimmt, in dem die Blindwiderstandserienschaltung einen Nebenschluß bildet, so daß eine Bandsperrkennlinie resultiert, deren Mittenfrequenz auf die Resonanzfrequenz der Blindwiderstandserienschaltung abgestimmt ist. Für das Signal am zweiten Ausgang ergibt sich jedoch eine Filterkennlinie, die durch ein Netzwerk bestimmt ist, in der die Blindwiderstandserienschaltung im Reihenzweig liegt, so daß eine Bandpaßkennlinie resultiert, die auf die Resonanzfrequenz der Bilindwiderstandserienschaltung abgestimmt ist. Durch die Erfindung wird es also möglich, komplementäre Bandpaß- und Bandsperr-Kennlinien einzuführen, so daß die Summe der Signale an den beiden Ausgängen das Spektrum des Eingangssignales wiederhergestellt wird, wie das für die Wiedervereinigung von vorher getrennten Chrominanz- und Luminanzsignalen erforderlich ist.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere auch zu dem Zweck, ein Sperren des Störverminderungseffektes durch den normalerweise immer voll vor-

handenen Farbhilfsträger zu verhindern, ergeben sich aus den Ansprüchen 2—6.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine Aufspaltung des Frequenzbands eines Farbfernsehsignales zur Verminderung von Störungen;

F i g. 2 ein Schaltbild einerspeziellen Ausführungsform der Erfindung zur Bildung der Bänder nach Fig. 1; und

Fig. 3 eine bekannte Schaltung zum Vergleich mit der Schaltung nach Fig. 2.

Um eine wirkungsvolle Verminderung von Störungen zu erzielen, ist es notwendig, daß verschiedene Teile eines Gesamtspektrums getrennJ voneinander behandelt werden und es ist auch notwendig, beim Vorhandensein eines Trägersignals eine Beeinträchtigung der Störungsminderungswirkung zu verhindern. Man kann daher die in F i g. 1 dargestellte Bandaufspaltung verwenden, um das Frequenzspektrum eines Farbfernsehsignales zu verarbeiten. Fi g. 1 zeigt den speziellen Fall eines Farbhilfsträgers von 4.43 MHz, wie er bei den europäischen PAL-Verfahren verwendet wird, jedoch kann das gleiche Prirap auch bei anderen Normen mit anders liegenden Hilfsträgerfrequenzen angewendet werden. Die mit den Buchstaben OdB bezeichnete Linie deutet den maximalen Durchlaßbereich an. Die mit —3 dB bezeichneten Punkte der FiI-terkennlinien sollen die Grenzen der verschiedenen Bänder bezeichnen. Die dargestellten Kennlinien sind die passiven Filterkennlinien. Es wird weiter unten noch erläutert, daß die Filter, welche die verschiedenen Bänder definieren, in Rückkopplungsschleifen oder Gegenkopp-Iungsschleifen mit Begrenzern angeordnet sind. Die Filterkennlinien verändern sich daher dynamisch.

Das sich von etwa 250 KHz nach oben erstreckende Frequenzspektrum wird in vier Bänder mit der Bezeichnung W, X, Y und Z aufgespalten. Das Band W von 250 KHz bis 1,6 MHz kann durch ein übliches Bandpaßfilter ausgesiebt werden. Abgesehen von der unteren Grenzfrequenz von 1,6MHz, besteht die Kennlinie für das Band X zns einem Bandpaß mit einer Einkerbung von 0,9MHz Breite, die sich von 4MHz bis 4.9MHz erstreckt. Die Kennlinie für das Band Y besteht, abgesehen von der scharfen Einkerbung bei 4,43 MHz, aus einem Bandpaß, der von 4 M Hz bis 4,9 M Hz reicht, so daß das Band Y komplementär zum Band X ist. Diese beiden Kennlinien werden von dem Teil derSfhaltungder Fig. 2 erzeugt, welche gemäß der Erfindung das Signal in zwei Bänder aufspaltet. Die untere Grenzfrequenz des Bandes X bei 1,6MHz wird mit Hilfe eines Hochpaßfilters erzeugt, während die Einkv"bung im Band Y durch eine scharf abgestimmte Hilfsträgerfalle hervorgerufen wird. Das Band Z wird durch einer, scharfabgestimmten Bandpaß erzeugt, d.h. eine Fallenschaltung, die hinsichtlich der Spannungsübertragungsfunktion steil abfallende Flanken hat, um den Farbhilfsträger und seine unmittelbaren Seitenbänder auszusieben.

Das Band W enthält die verhältnismäßig tiefen Frequenzen der Luminanzkomponenten, das Band Λ'enthält hohe Frequenzen der Luminanzkomponenten und äußere Chrominanzseitenbänder, das Band Y enthält näher liegende Chrominanzseitenbänder und die Luminanzsei- 6ö tenbänder, die damit verschachtelt sind, und das Band Z enthält den Hilfsträger und unmittelbar benachbarte Chrominanzseitenbänder. Dieses Frequenzschema enthält keine Vorkehrungen für die tiefsten Luminanzseitenbänder; gewünschtenialls kann das Band von 5 KHz bis 250 KHz auf andere Wei c behandelt werden.

Fig. 2 zeigt nur den »weiteren Weg« einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Entsprechend der eingangs genannten bekannten Schaltungsanordnung wird der Eingang 10 dieses weiteren Weges je nach Betriebsart mit dem Eingang oder Ausgang des Hauptweges verbunden, der die Hauptsignalkomponente hinsichtlich'des dynamischen Bereichs linear vom Eingang zum Ausgang überträgt. Der Ausgang 23 ist mit der Vereinigungsvorrichtung im Hauptweg verbunden. Wie einleitend erwähnt addiert diese nicht dargestellte Vereinigungsvorrichtung das Ausgangssignal des weiteren Weges zur Hauptsignalkomponente im Kompressorbetrieb, oder subtrahiert es im Expanderbetrieb.

Gemäß Fig. 2 ist der Eingang 10 über einen Widerstand A₁ mit einem Ausgang Il verbunden. Ferner ist der Eingang 10 üoer den Widerstand R₁, eine abgestimmte Reihenschaltung C₁, L₁ und einen Stromverstärker 14 mit einem zweiten Ausgang 13 verbunden. Der Verstärker 14 hat im Idealfall eine Eingangsimpedanz Null und einen unendlich großen Ausgangswiderstand. In der Praxis können diese Eigenschaften nur angenähert verwirklicht werden, jedoch bildet der Einga'Ä 15 des Verstärkers dennoch eine virtuelle Erde. Der Vcrsi-Irker kann ein rückgekoppelter Verstärker sein oder ein Transistorverstärker mit geerdeter Basis. Die Klemme 13 ist über einen Widerstand R₂ geerdet, die den Ausgangslastwiderstand des Verstärkers 14 bildet.

Wenn die Spannungen an den Klemmen 10,11 und 13 mit V_1n, V_a bzw. V_B bezeichnet werden, wie in Fig. 2.. ergibt sich, da Punkt 15 eine virtuelle Erde ist:

(jn-L+l/jwC) (R_i+jwL+\ljwC)

wobei C und L für die Werte von C, und L₁ eingesetzt sind.

Bezüglich des Ausganges 11 ist das Filter also ein Bandstop- oder Kerbfilter, welches auf die Frequenz η·/2π abgestimmt ist, bei derjwL + Vu-C=O ist. Bei dieser Frequenz bildet die abgestimmte Schaltung C₁L₁ einen direkten Kurzschluß zur virtuellen Erde am Eingang des Verstärkers 14.

Ai-. Jererseits. wenn die Stromverstärkung des Verstärkers 14 gleich A ist, gilt

v ₌

(Λ₂+>■/.+1//VC)

Hieraus ist ersichtlich, daß soweit der Ausgang 13 betroffen ist, das Filter ein Bandpaßfilter ist, welches auf die gleiche Frequenz abgestimmt ist, wie das Kerbfilter. Im Falle eines Stromverstärkers mit geerdeter Basis ist A ungefähr Eins. Wenn ferner R_x -AR₂ ist. kann man sehen, daß unabhängig von den Werten von C und Z. gilt K₁ + V₁,- V_1x. Das heißt snit anderen Worten, daß die »K?rb-_« in X exakt die gleiche Breite hat wie das Paßband Y. und das heißt wieder, daß die Güten Q des Bandstop- und des üandpaßfilters die gleichen sind.

Obwohl die Gleichungen (1) und (2) inyir-Schreibweise geschrieben sind, so daß sie den eingeschwungenen Zustand bei irgend einer Kreisfrequenz 1»· darstellen, können ersichtlich die Gleichungen auch mit dem allgemeinen Operator ρ geschrieben werden, um außer dem eingeschwungenen Zustand auch Einschwingvorgänge· zu berücksichtigen.

Zum Vergleich mit der Fig. 2 zeigt F ig. 3 eine übliche Schaltung zur Trennung von Luminanz- und Chrominanzkomponenten, die wieder mit V_Λ und V_n bezeichnet sind. Dabei werden getrennte Fallen und Bandpaßfilter 17 und 1'8 benutzt, denen Emitterfolger-Puffer 19 vorgeschaltet sind. Die beiden Filter haben verschiedene Pha-

• senverzögerungen und es ist daher notwendig, daß der Falle eine Verzögerungsausgleichsschaltung nachgeschaltet ist. Diese bekannte Schaltung ist weit komplizierter als die nach Fig. 2 und hat trotzdem eine schlechtere Wirkungsweise.

Es sei bemerkt, daß die Schaltung nach Fig. 3 nur demjenigen Teil der Fig. 2 entspricht, der bisher beschrieben worden ist.

Beim weiteren Eingehen auf die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ergibt sich, daß das Eingangsfarbsignal an der Klemme 10 in ein Band JKdurch das Kerbfilter R₁ , C₁, L₁ und ein Hochpaßfilter C₂, R_} bei 1,6MHz und in das Band Y durch das Bandpaßfilier R₁, C₁, L₁, R₂ und eine Hilfsträgerfalle 28 aufgespalten wird. Der Falle ist ein Entkopplungsverstärker 21 vorgeschaltet. Sie ist als überbrücktes Γ-Glied ausgebildet mit zwei Reihenkondensatoren Cj und C₄, die durch eine Induktivität L₂ überbrückt sind und an derer, Verb;r;di;r.gspi;r;k! ein Widerstand R₄ angeschlossen ist, der geerdet ist. Dieser Widerstand kann so eingestellt werden, daß die »Fallenfrequenz« (4,43MHz) vollständig unterdrückt wird. Es sei bemerkt, daß die verschiedenen Erdpunkte nach Fig. 3 Erdungspunkte für Wechselstrom, d.h. Massepunkte sind. Bei ausgeführten Schaltungen kann es zweckmäßig sein, daß einige dieser Erdpunkte verschiedene Gleichspannungen führen.

An die Hilfsträgerfalle 28 ist ein Trennverstärker 29

und ein Hochpaßfilter C₇, R₁ angeschlossen, welches bei der Bildung des K-Bandes keine Rolle spie!'., das jedoch eine Phasenvoreilungskompensation für die Phasenvoreilung liefert, welche durch die Schaltelemente C₂ und /Jj in dem A'-Band herbeigeführt wird.

Das Band W wird durch ein 25OkHz Hochpaßfilter C₅, R_s und ein 1,6 MHz Tiefpaßfilter /?₆, C_ft ausgesiebt. Die Signale in den Bändern W, X und K werden durch

eine Puffer- und Vereinigungs-Schaltung 22 wieder verei nigt, so daß sie an der Ausgangsklemme 23 zur Verfü gung stehen. Jeder der Kanäle enthält einen Diodenbegrenzer, der eine Begrenzung für Signalamplituden in beiden Richtungen bildet. Die Dioden 24 im ,V-KanaI und die Dioden 25 in dem K-Kanal sind an feste Vorspan nungspunkte χ und r angeschlossen, welche eine Begren zerwirkung mit einem Ansatzpunkt bei einem sehr tiefen Signalpegel in dem dynamischen Bereich des Signals bewirken, das von diesen Kanälen geführt wird. Die Dioden 26 in dem (K-Kanal haben eine ähnliche Begrenzer- wirkung mit niedrigem Grenzwert. Sie sind aber nicht an eine feste Vorspannung, sondern an den Ausgang eines Inversionsverstärkers 27 angeschlossen, der auf das Eingangssignal anspricht und arbeiten daher so, daß sie den Schwellwert bei höheren Eingangssignalpegeln stär ker vermindern. Die Dioden 30 verhindern, daß das Si gnal des Verstärkers 27 so groß wird, daß es die Dioden 26 in Vv-Avärtsrichtung vorspannt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des dynamischen Bereichs eines Signals mit einem Hauptsignalweg, der eine Hauptsignalkomponente hinsichtlich des dynamischen Bereichs linear vom Eingang zum Ausgang übertragt, einem weiteren Weg, in dem weitere Signalkomponenten in entsprechenden Frequenzbändern vom Hauptweg abgeleitet und diese weiteren Signalkomponenten einer Begrenzerwirkung unterworfen werden, und wenigstens einer Vereinigungsvorrichtung, mit der die weiteren Signalkomponenten von dem weiteren Weg additiv oder subtraktiv mit der Hauptsignalkomponente vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Weg (31) ein Filter mit einem Eingang (10) und zwei Ausgängen (X, Y) aufweist, von denen der erste^-Y) über einen ohmschen Widerstand (Λ,) mit dem tihgang (10) verbunden ist und der zweite (Y) über eine Reihenschaltung des ohmschen Widerstandes (R_x), einer Blindwiderstandsserienschaltung (C₁₇L₁) und eines Stromverstärkers (14) mit dem Eingang (10) verbunden ist, und zwei Begrenzereinrichtungen (24, 25) zur Begrenzung der beiden Signale an den beiden Ausgängen (X, Y).

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Hochpaßfilter (C₂, R₃) zwischen dem ohmschen Widerstand (R₁) und der Vereinigungsschaltung (22).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dat) die Blindwiderstandserienschaltung eine abgestimmte Schaltung (C₁, L₁) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Fallenschaltung (28) zwischen der abgestimmten Schaltung (C₁, L₁) und der Vereinigungsschaltung (22), wobei die Fallenschaltung (28) steller abfallende Flanken hinsichtlich der Spannungsübertragung3funktion hat als die abgestimmte Schaltung (C₁, L₁).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fallenschaltung (28) zwei Kondensatoren (C₃, C₄) in Reihe in einem Reihenzweig aufweist, eine Induktivität (L₂) die beiden Kondensatoren (C₃,C_t) überbrückt, und ein ohmscher NebenschluSzweig (/?₄) einerseits mit dem Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren (C₃, C₄) verbunden ist, andererseits wechselstrommäßig geerdet ist und einen derartigen Widerstandswert hat, daß das von der Fallenschaltung (28) durchgelassene Signal bei der abgestimmten Frequenz im wesentlichen Null ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Stromverstärkers (14) über einen weiteren ohmschen Widerstand (R₁) wechselstrommäßig geerdet ist.