DE2337149B2 - Stoerunterdrueckungsschaltung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Störunterdrückungsschaltung für einen Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen, die einem Begrenzer zugeführt sind, dessen Ausgang an einen Frequenzverdoppler geschaltet ist, mit einem Sägezahngenerator, der auf den Frequenzverdoppler folgt und ein Sägezahnsignal liefert, dessen Amplitude proportional dem Impulsabstand im Impulszug ist, mit einem Tiefpaß, mit dem das Nutzsignal ausgefiltert ist und mit einer, vom Demodulationssignal gesteuerten Schaltstufe zur Rauschunterdrückung.

Eine derartige Störunterdrückungsschaltung für einen Rundfunkempfänger ist aus der US-PS 3i 88 571 bekanntgeworden. Die bekannte Schaltung besitzt einen H F-Verstärker, eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung, einen Detektor, eine Schaltstufe, einen NF-Verstärker, ein Filter, einen Rauschverstärker, einen Rauschdetektor und einen Schmitt-Trigger.

Die Rauscherfassung ist bei dieser bekannten Schaltung sehr unstabil. Außerdem wird der Ansprechwert der Rauschsperre von den Eigenschaften des Filters und des Rauschdetektors bestimmt, die sich sehr leicht ändern können. Das heißt, die untere Ansprechgrenze wird von der Vorspannungseinstellung und dem Verstärkungsgrad des Rauschdetektors und auch der Frequenz- und Temperaturabhängigkeit des Filters beeinträchtigt, während die obere Ansprechschwelle von der maximalen Verstärkung des Rauschverstärkeis und von der Frequenz- und Temperaturabhängigkeit des Filters abhängt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine S'örunterdiükkungsschaltung für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen anzugeben, die einfach und billig zi erstellen ist und eine sehr gute und stabile Störunterdrückung ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators zusätzlich einem Amplitudendiskriminator zugeführt ist dessen Ausgangsspannung mittels eines Schaltimpulsgenerators die Schaltstufe steuert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung isi im Unteranspruch herausgestellt.

Durch die Erfindung werden zwei Informations signale (NF- und Rauschsignal) aus dem Ausgangssigna des Sägezahngenerators gewonnen. Da die Amplitude des Sägezahnsignals proportional 1/f mit f als dei Trägerfrequenz des frequenzmodulierten Signals ist läßt sich der NF-Anteil durch Anlegen des Sägezahnsignals an einen Tiefpaß gewinnen, der die Trägerfrequenz unterdrückt. Andererseits ist die Ausgangs spannung des Sägezahngenerators dem Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals proportional und wird beim Auftreten von Störspannungsanteilen sehr hoch Beim Auftreten von Störspannungen erzeugt der Ampütudendiskriminator, der an den Ausgang dei Sägezahngenerators angeschlossen ist, ein Signal, da; die Eigenschaften eines Signalflußweges in der Stör unterdrückungsschaltung steuert. Indem man also die Amplitude des Sägezahnsignals so bemißt, daß sie gerade dann den vorbestimmten Wert erreicht, wenr der Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals maximal wird, läßt sich eine Amplitude des Sägezahns die den vorbestimmten Wert übersteigt, als Kriteriurr für das Vorliegen von Störspannungen auswerten. Dei Erfassungsschwellwert für das Störsignal läßt sich alsc richtig jnd stabil festlegen.

Diese und andere Merkmale der vorliegender Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnungen.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer vorzugsweise verwendeten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

F i g. 2 zeigt die Signale, die während des Betriebs dei Schaltung nach Fig. 1 an verschiedenen Punkter derselben auftreten;

F i g. 3 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Vorzugs weise verwendeten Ausführungsform der vorliegender Erfindung;

F i g. 4 ist eine Diagrammdarstellung der Funktion de: variablen Filters der F i g. 3; und

Fig.5 zeigt den Frequenzgang des variablen Filter: der F i g. 3.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einer Eingangsanschluß, an den das zu demodulierendi FM-Signal gelegt wird. Der Block 2 ist ein Begrenzer der mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden ist und dii Amplitudenschwankungen aus dem Eingangs-FM-Si gnal eliminiert. Der Block 3 ist ein Frequenzverdoppler der auf den Begrenzer 2 folgt und dessen Ausgangs signal in einen Impulszug verwandelt, dessen Frequen; das Doppelte der Frequenz des Begrenzer-Ausgangs signals ist. Beim Block 4 handelt es sich um eine: Sägezahngenerator, der auf den Frequenzverdoppler ; folgt und einen Sägezahn erzeugt, wobei die ansteigen de Flanke des Sägezahns der Zeil linear proportional is und der abfallende Teil des Sägezahns durch dei Ausgangsimpuls des Frequenzverdopplers 3 ausgelös wird. Der Block 5 enthält ein Tiefpaßfilter, das aus den

vom Sägezahngenerator gelieferten Sagezahnsignal das in diesem enthaltene Informationssignal ausfiltert. Beim Block 6 handelt es sich um eine Schaltstufe, deren Signaleingangsanschluß am Ausgang des Tiefpasses 5 liegt und die einen Steueranschluß ha·., an den ein Schaltimpuls zur Steuerung der Funktion der Schaltstufe gelegt wird. Die Schaltstufe 6 verhindert ein Durchschalten des am Eingang liegenden Informationbsignals zum Ausgangsanschluß 9. Der Block 7 stellt einen Amplitudendiskriminator dar, der derjenigen Teil des am Eingang liegenden Sägezahns, der einen bestimmten Schwellwert übersteigt, an den Ausgang durchschaltet. Der Block 8 ist ein Schaltimpulsgenerator, der einen Schaltimpuls geeigneter Breite entsprechend dem Amplitudendiskriminator 7 durchgeschalteten Signal erzeugt, der an den Steueranschluß der Schaltstufe gelegt wird. Die Fig. 2 zeigt Signalformen, wie sie beim Betrieb der Anordnung nach F i g. 1 an verschiedenen Punkten derselben auftreten. Die Zeitspanne von /i nach t₂ in F i g. 2 ist die Dauer des Auftretens eines Trägerausfalls oder eines Störimpulses.

Unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 wird nun die Funktion dieser Ausführungsfonn der Erfindung beschrieben. Das am Eingangsanschluß 1 liegende FM-Signal wird im Begrenzer 2! verstärkt, der dann seine Amplitudenschwankungen eliminiert. Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal des Begrenzers dann die Rechteckform der Fig.2(A) hat. Dieses Ausgangssignal geht zum Frequerizverdoppler 3, der ais KC-Differenzierglied mit nachfolgendem Vollweggleichrichter geschaltet ist.

Die Differenzierschaltung verwandelt das Rechtecksignal in einen Impulszug positiver und negativer Polarität, Fig.2(B). Der Vollweggleichrichter richtet diesen Impulszug so gleich, daß der sich ergebende Impulszug nunmehr nur eine Polarität aufweist; vgl. Fig.2(C). Die Frequenz dieses Impulszuges ist das Doppelte der Trägerfrequenz des Eingangs-FM-Signals. Die abfallende Flanke des Ausgangssignals des Sägezahngenerators 4 wird jeweils durch die Impulse dieses Impulszuges getriggert; zwischen den Impulsen steigt die Spannung des Sägezahns proportional der Breite der Eingangsimpulse, vgl. F i g. 2(D).

Wird die Amplitude des Sägezahns so vorgegeben, daß sie bei maximakim Hub des FM-Signals in negativer Richtung gerade den Wert Vl, vgl. Fig. 2(D), erreicht, stellen alle den Wert Vi übersteigenden Teile des Ausgangssignals das Vorliegen beispielsweise eines Störsignals dar. Für das Beispiel der F i g. 2 erreicht der Sägezahn den wesentlich höheren Spannungswert V3. Dieser Sägezahn wird auf das Tiefpaßfilter 5 gegeben, an dessen Ausgang ein Signal der in F i g. 2(E) gezeigten Form steht; während des Intervalls von Γι bis f₂ tritt hierbei ein starker Störimpuls auf.

Das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 4 wird jedoch auch auf den Amplütudendiskriminator 7 gegeben, der so arbeitet, daß nur derjenige Teil des Sägezahns am Eingang durchgeschaltet wird, der einen Schwellwert V₂ übersteigt, vgl. F i g. 2(F); dabei liegt der Pegel V₁ etwas höher als der Pegel Vi in F i g. 2(D). Die Dauer des Auftretens eines Signals am Ausgang des Amplitudendiskriminators 7 entspricht der Dauer des Störsignals.

Wenn also die Schaltstufe während dieses Intervalls sperrt, erscheint am Ausgangsanschluß 9 kein Störsignal. Da der Amplitudendiskriminator 7 ein Ausgangssignal beim Auftreten eines Störsignals liefert, erzeugt der auf diesen folgende Schaltimpulsgenerator 8 während der Dauer des Störsignals einen Ausgangsimpuls. Die Schaltstufe 6 wird also jeweils so lange angesteuert, wie das Störsignal dauert, und das Störsijjnal kann nicht zum Ausgangsanschluß 9 gelangen. Infolge der Übertragungseigenschaften des Tiefpasses 5 tritt jedoch ein Ausschwingvorgang auf. Es ist folglich erwünscht, die Schaltstufe 6 so lange gesperrt zu halten, bis der Ausschwingvorgang beendet ist, um auch die durch diesen erzeugten Störkomponenten vom Ausgangsanschluß fernzuhalten. Die F i g. 2(G) zeigt den Schaltimpuls, der erforderlich ist, um dies zu erreichen. Dieser Impuls wird durch eine im Schahimpuisgenerator 8 enthaltene monostabile Kippstufe erreicht, der von der nachlaufenden Flanke des Ausgangsimpulses des Amplitudendiskriminators 7 getriggert wird und einen Impuls einer Breite erzeugt, die der Ausschwingdauer (/2 bis /3) entspricht.

In der Praxis weist das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung ein geringes Reststörsignal auf, das durch die Verzögerung der Schaltfunktion und den Unterschied zwischen Vi und V₂ bedingt ist; dieser Restanteil ist gewöhnlich jedoch vernachlässigbar. Es ist jedoch möglich, auch diesen Rest zu unterdrücken, indem man durch Einfügen einer Verzögerung in einer der Stufen vor der Schaltstufe 6 das an diese gelegte Signal geringfügig verzögert.

Tritt ein langandauernder Ausfall auf, bleibt das Ausgangssigna! der Anordnung trotzdem auf Null, da das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 4 den Wert V₂ übersteigt. Das Störsignal erscheint also nicht am Ausgang 9. Das bedeutet, daß die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung auch in der Lage ist, die übliche Geräuschsperrfunktion auszuüben.

Die F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die Fig. 2 läßt sich zur Erläuterung der an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 3 auftretenden Signale verwenden. Die Fig.4 ist eine Diagrammdarstellung der Funktion des variablen Filters in Fig. 3, und die Fig. 5 zeigt den Frequenzgang des variablen Filters in F i g. 3.

In Fig.3 ict der F'unkt 11 der Eingangsanschluß für das zu demodulierende FM-Signal. Der Block 12 ist ein Begrenzer, der auf den Eingangsanschluß 11 folgt und Amplitudenschwankungen im FM-Eingangssignal eliminiert. Der Block 13 ist ein Frequenzverdoppler, der auf den Ausgang des Begrenzers 12 folgt und das amplitudenbegrenzte Signal aus dem Begrenzer 12 in einen Impulszug verwandelt, dessen Frequenz doppelt so hoch ist wie die Frequenz des Begrenzcrausgangssignals. Der Block 14 stellt den Sägezahngenerator dar, der auf den Frequenzverdoppler 13 folgt und ein sägezahnförmiges Signal mit einer ansteigenden, linear zeitproportionalen und einer abfallenden Flanke, die auftritt, wenn vom Frequenzverdoppler 13 ein Impuls anliegt. Der Block 15 ist ein Tiefpaßfilter, um aus dem Sägezahnsignal am Ausgang des Sägezahngenerators 14 das in diesem enthaltene Informationssignal auszufiltern. Der Block 16 ist eine Schaltstufe, deren Signaleingang am Ausgang des Tiefpaßfilters 15 und an deren Steueranschluß ein Schaltimpuls zum Steuern der Schaltstufe gelegt wird. Die Schaltstufe 16 verhindert, daß das am Eingangsanschluß liegende Nutzsignal zum Ausgangsanschluß gelangt. Beim Block 17 handelt es sich um einen Amplitudendiskriminator, der den einen Grenzwert übersteigenden Teil des an seinem Eingang liegenden Sägezahnsignals an seinen Ausgang durchgibt. Der Block 18 ist ein Schaltimpulsgenerator, der einen Schaltimpuls geeigneter Breite entsprechend dem

vom Amplitudendiskriminator 17 durchgegebenen Signal erzeugt: dieser Schaltimpuls wird auf den Steueranschluß der Schaltstufe 16 gegeben.

Der Block 19 ist ein variables Filter, das mit seinem Signaleingang am Ausgang der Schaltstufe 16 liegt und einen Steueranschluß aufweist, an den ein Schaltimpuls zur Steuerung der Grenzfrequenzen gelegt wird. Die Grenzfrequenz des variablen Filters 19 ist normalerweise so hoch, daß das Nutzsignal am Ausgang der Schaltstufe 16 nicht beeinträchtigt wird. Tritt ein starkes Störsignal auf, wird die Grenzfrequenz jedoch auf eine Frequenz innerhalb des Hörbereiches gesenkt, indem ein Steuerimpuls an den Steueranschluß gelegt wird. Der Block 20 ist eine Integraiionsstufe, die den Schaltimpuls aus dem Schaltimpulsgenerator 18 integriert und einen weiteren Schaltimpuls erzeugt, wenn die integrierte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht. Der Punkt 21 des variablen Filters ist der Ausgangsanschluß, an dem das demodulierte Nutzsignal abgenommen werden kann.

Unter Bezug auf die Fig. 2 bis 5 wird nun die Funktion der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das am Eingangsanschluß 11 liegende FM-Signal wird durch den Begrenzer 12 verstärkt und von Amplitudenschwankungen befreit. Man nehme nun an, daß das resultierende Ausgangssignal des Begrenzers eine Rechteckweüe ist; vgl. F i g. 2(A). Dieses Signal geht zum Frequenzverdoppler 13. Ein Frequenzverdoppler wie der oben erwähnte arbeitet mit einem /?C-Differenzierglied und einem Vollweggleichrichter.

Das Differenzierglied leitet aus der Rechteckweile einen Impulszug mit negativ und positv gerichteten Impulsen ab; vgl. Fig. 2(B). Der Vollweggleichrichter richtet diesen Impulszug gleich; es ergibt sich ein weiterer Impulszug, dessen Impulse nur in einer Richtung gerichtet sind; vgl. Fig. 2(C). Die Frequenz dieses Impulszuges ist doppelt so hoch wie die des Trägers des Eingangs-FM-Signals. Dieser Impulszug wird auf den Sägezahngenerator 14 gegeben, um ihn zu triggern. Beim Anliegen eines Pulses wird die abfallende Flanke der Ausgangswelle verursacht, während zwischen den Impulsen die Ausgangsspannung proportional dem Impulsabstand ist; vgl. Fig. 2(D). Ist die Amplitude des Sägezahns so ausgelegt, daß sie gerade den Wert Vi (vgl. Fig. 2(D) erreicht, wenn die Frequenzauslenkung des FM-Signals ihr negatives Maximum annimmt, entsprechen diejenigen Teile des Ausgangssägezahns, die den Wert Vi übersteigen, den auftretenden Störanteilen. Im Fall der Fig. 2 ist die Höhe des Sägezahns höher als der Pegel V3. Dieser Sägezahn wird auf das Tiefpaßfilter 15 gegeben. Die Wellenform der F i g. 2(E) ist die Ausgangsspannung des Tiefpasses 15, wobei während des Intervalls von fi bis r₂ eine starke Störkomponente auftritt.

Andererseits wird das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 14 auch auf den Amplitudendiskriminator 17 gegeben. Der Amplitudendiskriminator 17 arbeitet so, daß an seinem Ausgangsanschluß nur derjenige Teil des Sägezahns an seinem Eingang erscheint, der einen Schwellwert V₂ übersteigt; vgl. Fig. 2(F). Dieser Schwellwert V₂ liegt etwas höher als der Pegel Vi; vgl. Fig. 2(D). Die Dauer des Auftretens eines Signals am Ausgang des Amplitudendiskriminators 17 entspricht der Dauer des Störsignals.

Wenn also die Schaltsiufe während dieses Intervalls sperrt, erscheint an ihrem Ausgang das Störsignal nicht. Da das Ausgangssignal des Arnplitudendiskriminators 17 wahrend des Störsignalintervalls auftritt, wird wahrend dieses Intervalls auch der Ausgangsimpuls des folgenden Schaltimpulsgenerators 18 abgegeben, d. h. die Steuerung der Schaltstufe 16 erfolgt innerhalb des Intervalls, in dem ein Störsignal auftritt. Das Störsignal kann also nicht durch das variable Filter zum Ausgangsanschluß gelangen. Infolge des Übcrtragungsverhaltens des Tiefpaßfilters 15 tritt jedoch ein Ausschwingvorgang auf. Bis dieses Ausschwingen abgeklungen ist, sollte die Sperrung der Schaltstufc 16 aufrechterhalten bleiben, um jegliche Störkomponente vom Ausgangsanschluß fernzuhalten. Die Fig. 2(G) zeigt eine Schaltimpulsform, mit der man dieses Ziel erreichen kann. Sie entsteht, indem man als Schaltim-

'5 pulsgenerator 18 eine monostabile Kippstufe einsetzt. die von der fallenden Flanke des Ausgangsimpulses des Amplitudendiskriminators 17 getriggert wird und einen Impuls abgibt, dessen Impulsbreite beispielsweise von r₂ bis I₃ in F i g. 2 reicht, d. h. der Dauer des Ausschwing-Vorgangs entspricht.

In der Praxis weist das Ausgarigssignal dieses Systems eine geringfügige Geräuschkomponente auf, die auf der Luafzeitverzögerung der Schaltfunktion und dem Unterschied von V, und V₂ beruht; ihre Auswirkungen sind jedoch gewöhnlich vernachlässigbar. Falls erforderlich, kann man jedoch, wie zur F i g. 1 ausgeführt. eine Verzögerungsschaltung anwenden und somit die Restgeräuschspannungskomporiente aus der Ausgangsspannung entfernen.

Es sei nun angenommen, daß ein übermäßiger Störanteil auftritt: vgl. F i g. 4(A), die ein Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 15 zeigt. In diesem Fall erzeugt der Schaltimpulsgenerator 18 häufig einen Schaltimpuls der in Fig.4(B) gezeigten Form; es ergibt sich eine Ausgangsspannung am Ausgang der Schaltstufe 16. wie sie die Fig. 4(C) zeigt. Da aus diesem Wellenzug erhebliche Teile, nämlich die mit überlagerten Stör anteilen, ausgetastet sind, hört s.ich das Ausgangssignal unnatürlich an.

Die Integrationsstufe 20 nach dieser Ausführungsform der Erfindung erzeugt durch Integration de< Schaltimpulses die Spannung der F i g. 4(D) und erzeug! den Schaltimpuls, wenn diese integrierte Spannung den Pegel V₄ übersteigt. Der so erzeugte Schaltirnpuls gelangt auf den Steueranschluß des variablen Filters 19 worauf dessen Grenzfrequenz von einer erster Frequenz Z₂ auf eine zweite Frequenz /i geschaltet wird wobei die erste Frequenz f₂ so hoch liegt, daß sie da< Informationssignal nicht beeinträchtigt, wohingegen dis

zweite Frequenz f\ innerhalb des Hörbereichs liegt. Di« Kurve (a) in F i g. 5 zeigt den Frequenzgang de; variablen Filters 19 mit der ersten Grenzfrequenz f₂, die Kurve (b)den Frequenzgang des Filters mit der zweiter Grenzfrequenz /]. Während des Intervalls (u bis r₅). ir

dem eine übermäßige Störkomponente auftritt, er scheint also am Ausgangsanschluß 21 eine gefiltert« Spannung nach Fig. 4(E), wodurch ein unnatürliche!

Höreindruck vermieden ist.

Ist das Ausfallintervall lang, schaltet die Schaltstufe U

den Störanteil nicht an den Ausgang durch, wie es füi die Schahstufe 6 zu F i g. 1 erläutert worden war. Au: diesem Grund kann die Anordnung nach F i g. 3 auch dif übliche Störaustastfunktion ausüben.

Zu den obigen Erläuterungen sind keine eigentliche!

Schaltungsanordnungen angegeben; wie jedoch ersieht

lieh, handelt es sich dabei um verschiedene Schaltungen

die der Fachwelt hinreichend geläufig sind. Diest

Beschreibung erläutert die vorzugsweise angewandte!

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Wie jedoch ersichtlich, lassen sich an ihnen verschiedene Änderungen durchführen, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzugehen, wie sie in den Ansprüchen definiert sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Störunterdrückungsschaltung für einen Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen, die einem Begrenzer zugeführt sind, dessen Ausgang an einen Frequenzverdoppler geschaltet ist, mit einem Sägezahngenerator, der auf den Frequenzverdoppler folgt und ein Sägezahnsignal liefert, dessen Amplitude proportional dem Impulsabstand ^;m Impulszug ist, mit einem Tiefpaß, mit dem das Nutzsignal ausgefiltert ist und mit einer, vom Demodulationssigna! gesteuerten Schaltstufe zur Rauschunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Sägezahngeiierators zusätzlich einem Amplitudendiskriminator zugeführt ist, dessen Ausgangsspannung mittels eines Schaltimpulsgenerators die Schaltstufe steuert.

2. Störunterdrückungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein variables Filter aufweist, das an den Ausgang der Schaltstufe angeschlossen ist und einen Steueranschluß aufweist, an den ein Schaitimpuis zur Steuerung der Grenzfrequenz des variablen Filters angelegt wird, und daß an den Schaltimpulsgenerator eine Integrierschaltung angeschlossen ist, die den Ausgangsschaltimpuls integriert und den Schaltimpuls für das variable Filter erzeugt, wenn die Spannung des integrierten Ausgangsschaltimpulses einen vorbestimmtet; Wert erreicht.