DE2337149C3 - Störunterdrückungsschaltung - 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 tin Sägezahnsignal liefert, dessen Amplitude proportional dem Impulsabstand im Impulszug ist, mit einem Tiefpaß, mit dem das Nutzsignal ausgefiltert ist und mit t:iner, vom Demodulationssignal gesteuerten Schaltstufe zur Rauschunterdrückung.

Eine derartige Störunterdrückungsschaltung für einen Rundfunkempfänger ist aus cf.er US-PS 31 88 571 bekanntgeworden. Die bekannte Schaltung besitzt einen HF-Verstärker, eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung, einen Detektor, eine Schaltstufe, einen NF-Verstärker, ein Filter, eim.-n Rauschverstärker, einen Rauchdetektor und einen Schmitt-Trigger.

Die Rauscherfassung ist bt-i dieser bekannten Schaltung sehr unstabil. Außerdem wird der Ansprech wert der Rauschsperre von den Eigenschaften des Filters und des Rauschdetektors !«!stimmt, die sich sehr leicht ändern können. Das heißt, die untere Ansprechgrenze wird von der Vorspannungüeinstellung und dem Verstärkungsgrad des Rausehdeiektors 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 Filter:» abhängt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Störunierdrükkungsschallung für frequenz modulierte elektrische Schwingungen anzugeben, die einfach und billig zu erstellen ist und eine sehr gute und stabile Störunterdrückung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfinciungsgemäß dadurch gelost, daß die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators zusätzlich einem Amplitude-idiskriminator zugeführt ist. dessen Ausgangsspannung mittels eines Schahimpulsgenerators die Schaltstufe steuert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im Unteranspruch herausgestellt.

Durch die Erfindung v^erden zwei Informationssignale (NF- und Rauschsignal) aus dem Ausgangssignal des Sägezahngenerators gewonnen. Da die Amplitude des Sägezahnsignals proportional 1/f mit f als der Trägerfrequenz des frequen/modulierten Signals ist, läßt sich der NF-Anteil durch Anlegen des Sägezahnsignals an einen Tiefpaß gewinnen, der die Trägerfrequenz unterdrückt. Andererseits ist die Ausgangsspannung des Sägezahngenerator dem Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals proponional und wird beim Auftreten von Störspannungsanteilen sehr hoch. Beim Auftreten von Störspannungen erzeugt der Amplitudendiskriminalor. der an den Ausgang des Sägezahngenerators angeschlossen ist. ein Signal, das die Eigenschaften eines Signalflußweges in der Störunterdrückungsschaltung 'steuert. Indem man also die Amplitude des Sägezahnsignals so bernißt, daß sie ge.ade dann den vorbestimmten Wert erreicht, wenn der Frequenzhub des Irequenzmodulierten Signals maximal wird, läßt sich eine Amplitude des Sagezahns, die den vorbestimmten Wert übersteigt, als Kriterium für das Vorliegen von Störspannungen auswerten. Der Erfassungsschwellwert für das Störsignal läßt sich also richtig und stabil festleger.

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

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild einer vorzugsweise verwendeten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

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

F i g. 3 ist ein Blockdiagramn einer weiteren vorzugsweise verwendeten Ausf jhrungsform der vorliegenden Erfindung;

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

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

In F i g. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einer Eingangsanschluß, an den das zu demodulierendc FM-Signal gelegt wird. Der Block 2 ist ein Begrenzer der mit dem Eingangsar schluß 1 verbunden ist und dis Amplitudenschwankungen aus dem Eingangs-FM-Si gnal eliminiert. Der Block 3 iüt 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 Säge/ahn er/.eugt, wobei die ansteiger de Flanke des Sägczahns der Zeit linear proportional i: und der abfallende Teil des Sägezahns durch de Ausgangsimpuls des Frequenzverdopplers 3 ausgelö; wird. Der Block 5 enthia.H ein Tiefpaßfilter, das aus dei

vom Sägezahngenerator gelieferten Sägezahnsignal 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 hat, an den ein Schaltimpuls zur Steuerung der Funktion der Schaltstufe gelegt wird. Die Schaltstufe 6 verhindert ein Durchschalten des am Eingang liegenden Informationssignais zum Ausgangsanschluß 9. Der Block 7 stellt einen Amplitudendiskriminator dar, der derjenigen Teil _ro des am Eingang liegenden Sägezahns, der einen bestimmten Schwellwert übersteigt, an den Ausgang durchschallet. 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 Fig. 1 an verschiedenen Punkten derselben auftreten. Die Zeitspanne von fi 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 Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das am Eingangsanschluß 1 liegende FM-SignaS 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 Frequenzverdoppler 3, der als RC-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 lmpulszug so gleich, daß der sich ergebende Impulszug nunir.ehr 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 maximalem Hub des FM-Signalf in negativer Richtung gerade den Wert Vi, vgl. Fig. 2(D), erreicht, stellen alle den Wert V₁ 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 T\ bis (2 tritt hierbei ein starker Störimpuls auf.

Das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 4 wird jedoch auch auf den Amplitudendiskriminator 7 gegeben, der so arbeitet, daß nur derjenige Teil des Sägezahns am Eingang durchgeschaltet wird, der einen Schwellwert Vi übersteigt, vgl. F i g. 2(F); dabei liegt der Pegel V₂ 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 Störeignais einen Ausgangsimpuls. Die Schaltstufe 6 wird also jeweils so lange angesteuert, wie das Störsignal dauert, und das Störsignal kann nicht zum Ausgangsanschluß 9 gelangen. Infolge der Übertragungseigenscliaften 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 Fig. 2(G) zeigt den Schaltimpuls, der erforderlich ist, um dies zu erreichen. Dieser Impuls wird durch eine im Schaltimpulsgenerator 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 (f2 bis ti) entspricht.

In der Praxis weist das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung ein geringes Reststörsigna! 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 Stufet, vor der Schaltstufe 6 das an diese gelegte Signal geringfügig verzögert.

Tritt ein langandauernder Ausfall auf. bleibt das Ausgangssignal 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 Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die F i g. 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 F i g. 5 zeigt den Frequenzgang des variablen Filters in F i g. 3.

In Fig. 3 ist der Punkt 11 der Eingangsanschluß für das zu demodulierende FM-Signal. Der Biock 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 lmpulszug verwandelt, dessen Frequenz doppelt so hoch ist wie die Frequenz des Begrenzerausgangssignals. Der Block 14 stellt den Sägezahngenerator dar, der auf den Frequenzverdoppler 13 folgt und ein sägezahnförmiges Signal mit einer ansteigenden, linear zeitproporlionalen 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 Schakstufe 16 liegt und einen Steueranschluß aufweist, an den ein Schaltimpuls zur Steuerung der Grenzfrequenzen gelegt wird. Die Gren/frequen/ des variablen Filters 19 ist normalerweise so hoch, daß das Nut/signal am Ausgang der Schaltstufe 16 nicht beeinträchtigt \\ ird. Trill ein starkes Störsignal auf. wird die Grenzfrequen/ jedoch auf eine Frequenz innerhalb des Hörbereiches gesenkt indem ein Steuerimpuls an den Steueranschluß gelegt wird. Der Block 20 ist eine lntegrationsstufe. die den Schaltimpuls aus dem Schaltimpulsgeneraior 18 integriert und einen weiteren Schaltinipuls erzeugt, wenn die integrierte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht Der Punkt 21 des variablen Filters ist der Ausgang^mschluß. an dem das demodulierte Nut/signal abgenommen werden kann.

(inter Bezug auf die F ι g. 2 bis 5 wird nun die Funktion der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das am F.ingangsanschluß 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 Rechteckwelle ist: vgl. Fig. 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 Rechteckwelle einen irnpulszug 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 V₁ (vgl. F i g. 2(D) erreicht, wenn die Frequenzauslenkung des FM-Signals ihr negatives Maximum annimmt, entsprechen diejenigen Teile des Ausgangssägezahns. die den Wert V₁ übersteigen, den auftretenden Störanteilen. Im Fall der F i g. 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 u bis /2 eine starke Störkornponente auftritt.

Andererseits wird das Ausgangssignal des Sägezahngr-rratr.r' 14 auch 2::ί den ArnplitudendislT^-nator 17 gegeben. Der Amplitudendiskriminator 17 arbeitet so. daß an seinem Ausgangsanschluß nur derjenige Teil des Sägezahns an seinem Eingang e^rscheint. der einen Schwellwert V₂ übersteigt; vgl. Fig. 2(F). Dieser «?rhu.(»llu/ert V, hp?t etwas höher als der Pegel V'i: vgl. Fig. 2(D). Die Dauer des Auftretens eines Signals am Ausgang des Amplitudendisknminators 17 entspricht der Dauer des Störsignals.

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

■5 pulsgenerator 18 eine monostable Kippstufe einsei/t, die von der fallenden Flanke des Ausgangsimpulses des Amplitudendiskriininators 17 getriggert wird und einen Impuls abgibt, dessen Impulsbreite beispielsweise von /j bis ti in F i g. 2 reicht, d. h. der Dauer des Ausschwing-Vorgangs entspricht.

In der Praxis weist das Ausgangssignal 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 Fig. 1 ausgeführt. eine Verzögerungsschaltung anwenden und somit die Restgeräuschspannungskomponente 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 Schaltimpulsgeneratnr 18 häufig einen Schaltimpuls der in Fig.4(B) gezeigten Form; es ergibt sich eine Ausgangsspannung am Ausgang der Schaltstufe 16. wie sie die F i g. 4(C) zeigt. Da aus diesem Wellen/ug erhebliche Teile, nämlich die mit überlagerten Störanteilen. ausgetastet sind, hört sich das Ausgangssignal unnatürlich an.

Die Integrationsstufe 20 nach dieser Ausführungsform der Erfindung erzeugt durch integration des Schaltimpulses die Spannung der F i g. 4(D) und erzeugt den Schaltimpuls, wenn diese integrierte Spannung den Pegel Vt übersteigt. Der so erzeugte Schaltimpuls gelangt auf den Steueranschluß des variablen Filters 19. worauf dessen Grenzfrequenz von einer ersten Frequenz /2 auf eine zweite Frequenz /i geschaltet wird, wobei die erste Frequenz /j so hoch liegt, daß sie das Informationssignal nicht beeinträchtigt, wohingegen die

zweite Frequenz /_t innerhalb des Hörbereichs liegt. Die Kurve (a) in F i g. 5 zeigt den Frequenzgang des vanaDien Filters iy mit der ersten Grenztrequenz /?, die Kurve (öyden Frequenzgang des hitters mn der zweiten Grenzfrequenz /i. Während des Intervalls (£4 bis fs), in dem eine übermäßige Störkornponente auftritt, erscheint also am Ausgangsanschluß 21 eine gefilterte Spannung nach Fig. 4(E). wodurch ein unnatürlicher Horeindruck vermieden ist.

Ist das Ausfallintervall lang, schaltet die Schaltstufe 16

den Störanteil nicht an den Ausgang durch, wie es für die Schaltstufe 6 zu F i g. 1 erläutert worden war. Aus diesem Grund kann die Anordnung nach F i g. 3 auch die übliche Störaustasifunktion ausüben.

Zu den obigen Erläuterungen sind keine eigentlichen Schaltungsanordnungen angegeben: wie jedoch ersichtlich, handelt es sich dabei um verschied~^nf> Erhaltungen die der Fachwelt hinreichend geläufig sind. Dieic Beschreibung erläutert die vor/upswiiM- angewandten

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 Ansprüche.n definiert sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

't Patentansprüche:

1. Störunterdrückungsschaltung für einen Demodulator für frequenzmoduliert e 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, des.sen Amplitude proportional dem Impulsabstand im Impulszug ist. mit einem Tiefpaß, mit dem das Nutzsignal ausgefiltert ist und mti einer, vom Demodulationssignal gesteuerten Schahstufe zur Rauschunterdrückung, dadurch gekennzeichnet, daß üie Ausgangsspannung des Sägezahngenerators 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 Steueran-Sichluß aufweist, an den ein Schaltimpuls 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 tategrierten Ausgangsschaltimpulses einen vorbestimmten Wert erreicht.