DE2338766B2

DE2338766B2 - Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen

Info

Publication number: DE2338766B2
Application number: DE2338766A
Authority: DE
Inventors: Kiyoji Nara Fujisawa; Katsutoshi Katano Osaka Nishimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1973-07-27
Publication date: 1979-01-18
Also published as: DE2338766A1; FR2195115A1; DE2338766C3; FR2195115B1; GB1436212A; CA983589A; US3843928A

Description

Die Erfindung betrifft einen Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen, bei dem die zu demodulierende Schwingung über einen Begrenzer einer Demodulationsschaltung zugeführt ist und bei dem zur Rauschunterdrückung ein Generator vorgese- w> hen ist, der ein Schaltsignal in Form von Impulsen aus der frequenzmodulierten Schwingung in Übereinstimmung mit dem in letzterer enthaltenden Rauschen erzeugt, und bei dem eine von dem Generator gesteuerte Gatterschaltung am Ausgang der Demodula- <r, tionsschaltung vorgesehen ist.

Es ist ein schaltungstechnisch ähnlich aufgebauter Impulszähldetektor mit einer Addierschaltung bekannt (US-PS 32 31 824), der unter Ausnutzung der Speicherwirkung von Transistoren Nulldurchgänge einer frequenzmodulierten Rechteckwelle erfaßt und für eine konstante Impulsdauer für jeden Nulldurchgang sorgt, wobei das Demodulationsprodukt jedoch nicht für eine Rauschunterdrückung verwendet wird.

Bekannt ist ferner ein Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen (US-PS 35 88 705), der zur Austastung von Rauschpegeln dient, die über einem vorbestimmten Pegel liegen. Hierbei wird der Ausgang eines einem FM-Demodulator nachgeschalteten Filters einer zu einer Verzögerungsleitung parallelgeschalteten Click-Detektorschaltung zugeführt und die Geschwindigkeit der Rauscherfassung verringert Als nachteilig zeigt sich bei diesem bekannten Demodulator, daß die Qualität der Trennung des tatsächlichen Signals und der Rauschsignale unmittelbar durch die Eigenschaften des verwendeten Filters und des erfaßten Pegels des Pegeldetektors beeinflußt wird. Es ist daher eine exakte Auslegung des Filters und des Pegeldetektors erforderlich, was jedoch schwierig ist.

Bekannt ist ferner ein Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen (DE-AS 11 95 825) mit einem Differenzierkreis, der einen Serienkondensator und einen Parallelwiderstand enthält zur Erzeugung einer Reihe aus Impulsen aus der zugeführten amplitudenbegrenzten Schwingung, die einem Integrierkreis zur Gewinnung der Modulationsschwingung zugeführt werden. Zweck dieses bekannten Demodulators ist die Demodulation der Unterträgerwelle eines FM-Multiplexsignals und nicht die Austastung von Störsignalen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen gemäß der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß eine stabilere, genauere und schnellere Rauscherfassung als beim Stand der Technik möglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Ausgang des Begrenzers zusätzlich eine Differenziereinrichtung angeschaltet ist,, die einen Zug schmaler positiver und negativer Impulse Hefen die parallel den Eingängen zweier monostabiler Multivibratoren zugeführt sind, deren Impulsdauer geringfügig kürzer als das Intervall zwischen den Nulldurchgängen der frequenzmodulierten Schwingung bei der höchsten vorkommenden Momentanfrequenz eingestellt ist, und daß die Impulsfolgen am Ausgang der beiden Multivibratoren über eine Addierschaltung dem Generator zugeführt sind.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Ausgang des Begrenzers zusätzlich eine Differenziereinrichtung angeschaltet ist, die einen Zug schmaler positiver und negativer Impulse geliefert, die parallel den Eingangen zweier monostabiler Multivibratoren zugeführt sind, deren Impulsdauer geringfügig kürzer als das Intervall zwischen den Nulldurchgängen der frequenzmodulierten Schwingung bei der höchsten vorkommenden Momentfrequenz eingestellt ist, und daß die Impulsfolgen am Ausgang der beiden Multivibratoren über eine Addierschaltung dem Generator zugeführt sind, und daß das Demodulationsprodukt über einen Tiefpaßfilter vom Ausgang der Addierschaltung abgenommen und der Gatterschaltung zugeführt ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Demodulator ist in vorteilhafter Weise ein schnelles und exaktes Unterdrücken von Rauschen gewährleistet. Der Demodulator

eignet sich insbesondere zur Verwendung bei Tonbandgeräten, FM-Empfängern, Fernsehempfängern und anderen Tonsystemen für den Hausgebrauch.

Weitere vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnungen. In letzterei < sind

F i g. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Demodulators,

Fig.2 Signalwellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung des Demodulators nach F i g. 1 und

F i g. 3 ein Blockdiagramm einer anderen bevorzugten Ausfühningsform des erfindungsgemäßen Demodulators.

Nach F i g. 1 wird ein zu demoduüerendes frequenzmoduliertes Eingangssignal an eine Eingangsklemme 1 angelegt, mit der ein Begrenzer 2 verbunden ist, der die Amplitudenänderungen in dem frequenzmodulierten Eingangssignal ausschaltet Eine Differenziereinrichtung 3 differenziert das Ausgangssignal des Begrenzers 2. Ein erster monostabiler Multivibrator 4 wird durch positive Impulse eines von der Differenzieremrichtung 3 gelieferten Impulszuges getriggert Ein zweiter monostabiler Multivibrator 5 wird durch negative Impulse des von der Differenziereinrichtung 3 gelieferten Impulszuges getriggert In einer Addierschaltung 6 werden die Ausgangssignale des ersten und des zweiten monostabilen Multivibrators miteinander addiert Ein Generator 7 erzeugt ein Signal, das eine Gatterschaltung 9 steuert, wenn das von der Addierschaltung 6 an den Generator 7 gelieferte Ausgangssignal Null ist Ein Diskriminator 8 demoduliert das frequenzmodulierte Signal. Die Gatterschaltung 9 weist einen Signalanschluß, der mit dem Ausgang des Diskriminators 8 verbunden ist, und einen Steueranschluß auf, der mit dem Generator 7 verbunden ist, und sie sperrt den Durchgang für das an den Signalanschluß angelegte Informationssignal zur Ausgangsklemme 10, wenn das vom Generator 7 kommende Signal an dem Steueranschluß anliegt

Signalwellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung des Demodulators nach F i g. 1 werden in Fig.2 gezeigt, wobei der Intervall von t\ nach h eine Zeitspanne darstellt, in der ein Trägerausfall oder ein ankommendes plötzliches Geräusch auftreten.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Demodulators anhand der F i g. 1 und 2 beschrieben. Ein an die Eingangsklemme 1 angelegtes -45 frequenzmoduliertes Signal wird verstärkt und seine Amplitudenänderungen werden durch den Begrenzer 2 ausgeschaltet Es wird angenommen, daß das am Ausgang des Begrenzers 2 erhaltene Signal rechteckige Wellenform hat, wie sie in Fig.2(A) gezeigt wird, so Dieses Signal wird der Differenziereinrichtung 3 zugeführt, die einen Impulszug gemäß Fig.2(B) erzeugt Die positiven bzw. negativen Impulse des Impulszuges gemäß Fig.2(B) triggern den ersten monostabilen bzw. den zweiten monostabilen Multivibrator 4 bzw. 5. Die Wellenformen der Ausgänge des ersten und des zweiten monostabilen Multivibrators 4 und 5 sind in den F i g. 2(C) und 2(D) gezeigt

Die monostabile Multivibratoren 4 und 5 sind so ausgelegt, daß die Ausgangsspannung im stabilen «ι Zustand Null und im quasistabilen Zustand V ist, und ihre Kippzeit ist so gewählt, daß sie geringfügig kürzer als der Intervall zwischen den Nulldurchgängen des frequenzmodulierten Signals ist, wo der Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals das Maximum in r>-> negativer Richtung hat.

Die beiden Ausgangssignale des ersten und des zweiten monostabilen Multivibrators werden durch die Addierschaltung 6 addiert, und es erscheint ein in Fig.2(E) gezeigtes Ausgangssignal am Ausgangsanschluß der Addierschaltung 6. Die Aüsgangsspannung der Addierschaltung 6 wird 2 V, wenn die Ausgangsspannungen der beiden monostabilen Multivibratoren 4 und 5 gleichzeitig V sind, und die Ausgangsspannung der Addierschaltung 6 wird V, wenn die Ausgangsspannung einer der beiden monostabilen Multivibratoren 4 oder 5 Null ist

Es sei angenommen, daß in dem Zeitintervall ii bis fe gemäß Fig.2 aufgrund eines Rauschens eine Phasenstörung des frequenzmodulierten Signals auftritt In einem solchen Fall nehmen die beiden monostabilen Multivibratoren 4 und 5 in einem bestimmten Zeitpunkt gleichzeitig den stabilen Zustand ein, so daß die Ausgangsspannung der Addierschaltung 6 Null wird. Die Dauer des Null-Signals am Ausgang der Addierschaltung 6 entspricht der Dauer, in der das Rauschen existiert Wenn deshalb die Gatterschaltung 9 während dieser Zeit gesperrt ist, tritt kein Rauschen an der AusgangskJemme 10 auf.

Das Ausgangssignal der Addierschaltung 6 wird dem Generator 7 zugeführt, der das in der F i g. 2(F) gezeigte Gattersignal erzeugt, wenn die Addierschaltung 6 einen Ausgangsspannungspegel Null liefert D. h, die Zeitdauer, in der die Gatterschaltung 9 von dem Gattersignal gesteuert wird, stimmt immer mit der Zeitdauer des auftretenden Rauschens überein, wodurch ein Durchgang des Rauschens zur Ausgangsklemme 10 vermieden wird.

Üblicherweise gibt es einen Einschwingvorgang infolge der Eigenschaften des Diskriminators 8. In diesem Fall ist es wünschenswert, daß der Signalsperrzustand der Gatterschaltung 9 aufrechterhalten bleibt, bis der Einschwingvorgang verschwindet, um ein Ausgangsgeräusch vollständig zu verhindern. F i g. 2(F) zeigt die Wellenform eines Gatterimpulses für diesen Zustand, bei der die Breite des Gatterimpulses durch das Zeitintervall fi bis fc gekennzeichnet ist

In der Praxis weist der Ausgang des Demodulators noch sehr kleine verbleibende Geräsuchkomponenten infolge der Zeitverzögerung in der Gatterfunktion auf. Eine durch die verbleibenden Geräuschkomponenten verursachte Einwirkung ist gewöhnlich vernachlässigbar. Bei Bedarf kann jedoch das verbleibende Rauschen durch eine in der Vorstufe der Gatterschaltung 9 vorgesehene Verzögerungsschaltung, mit der das auf die Gatterschaltung 9 gelangende Informationssignal verzögert wird, von dem Ausgang ferngehalten werden.

Fig.3 zeigt eine andere Ausfühningsform des erfindungsgemäßen Modulators mit einer Eingangsklemme 11, der das zu demodulierende frequenzmodulierte Signal zugeführt wird. Ein Begrenzer 12 ist mit der Eingangsklemme 11 verbunden und schaltet alle Amplitudenschwankungen in dem frequenzmodulierten Eingangssignal aus. Eine Differenziereinrichtung 13 differenziert das Ausgangssignal des Begrenzers 12. Ein erster monostabiler Multivibrator 14 wird von den positiven Impulsen eines von der Differenziereinrichtung 13 gelieferten Impulszuges getriggert. Ein zweiter monostabiler Multivibrator 15 wird von den negativen Impulsen des von der Differenziereinrichtung 13 gelieferten Impulszuges getriggert. Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten monostabilen Multivibrators werden in einer Addierschaltung 16 addiert Ein Generator 17 erzeugt ein eine Gatterschaltung 19 steuerndes Gattersignal, wenn das von der Addierschaltung 16 gelieferte Ausgangssignal Null ist Ein

Tiefpaßfilter 18 enthält ein in dem Ausgangssignal der Addierschaltung 16 enthaltendes Informationssignal. Die Gatterschaltung 19 weist einen Signaleingangsanschluß, der mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters 18 verbunden ist, und einen Steueranschluß auf, der mit dem Generator 17 verbunden ist, und sperrt den Durchgang des an die Eingangsklemme angelegten Informationssignals zu einer Ausgangsklemme 20, wenn das Gattersignal an den Steueranschluß angelegt wird.

F i g. 2 kann auch zur Darstellung der an verschiedenen Punkten der Schaltung des Demodulators gemäß F i g. 3 auftretenden Wellenformen verwendet werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig.2 und 3 wird nachfolgend die Arbeitsweise der anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Demodulators beschrieben.

Das der Eingangsklemme 11 zugeführte frequenzmodulierte Signal wird verstärkt, und die Amplitudenschwankungen werden durch den Begrenzer 12 ausgeschaltet. Das am Ausgang des Begrenzers erhaltene Signal hat die in Fig. 2(A) gezeigte rechteckige Wellenform und wird der Differenziereinrichtung 13 zugeführt, die einen Impulszug gemäß Fig.2(B) erzeugt. Die Schaltung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Demodulators ist so ausgelegt, daß die positiven Impulse des Impulszuges nach Fig. 2(B) den ersten monostabilen Multivibrator 14 und die negativen Impulse den zweiten monostabilen Multivibrator 15 triggern. Die Ausgangswellenformen des ersten und des zweiten monostabilen Multivibrators 14 bzw. 15 werden in den F i g. 2(C) und 2(D) gezeigt.

Die monostabilen Multivibratoren 14 und 15 liefern im stabilen Zustand eine Ausgangsspannung Null und im quasistabilen Zustand eine Ausgangsspannung V. Die Dauer des quasistabilen Zustandes der monostabilen Multivibratoren 14 und 15 ist so gewählt, daß sie geringfügig kürzer als der -Intervall zwischen den Nulldurchgängen des frequenzmodulierten Signals dort ist, wo der Frequenzhub des frequenzmodulierten Signals das Maximum in negativer Richtung hat.

Die Ausgangssignale der beiden monostabilen Multivibratoren werden in der Addierschaltung 16 addiert, die ein Ausgangssignal gemäß Fig.2(E) liefert. Die Ausgangsspannung der Addierschaltung 16 wird 2 V, wenn die Ausgangsspannungen der beiden monostabilen Multivibratoren 14 und 15 gleichzeitig Kist, und die Ausgangsspannung der Addierschaltung 16 wird V, wenn die Ausgangsspannung einer der beiden monostabilen Multivibratoren 14 und 15 Null ist.

Es wird angenommen, daß in dem Intervall ti bis / nach F i g. 2 eine Phasenstörung des frequenzmodulier ten Signals infolge Rauschens auftritt In diesem FaI nehmen die beiden monostabilen Multivibratoren 1 und 15 in einem bestimmten Zeitpunkt gleichzeitig der stabilen Zustand ein und die Ausgangsspannung de Addierschaltung 16 wird deshalb ebenfalls Null. Da: Intervall, in dem das Ausgangssignal der Addierschal

κι tung 16 Null ist, entspricht der Zeitdauer de! existierenden Geräusches.

Da andererseits das Ausgangssignal der Addierschal tung 16 eine Informationskomponente mit regelmäßigem Frequenzspektrum und die Trägerkomponente

is enthält, ist die Informationskomponente leicht aus dem Ausgangssignal der Addierschailung zu erhalten, indem es durch einen Tiefpaß 18 geschickt wird. Wenn die Gatterschaltung 19 in dem Intervall t\ bis h gemäß F i g. 2 gesperrt ist, tritt an der Ausgangsklemme 20 kein Rauschen auf. Deshalb enthält die an der Ausgangsklemme 20 auftretende Informationskomponente kein Geräusch.

Das Ausgangssignal der Addierschaltung 16 wird dem Generator 17 zugeführt, der das in Fig.2(F) gezeigte

2^r> Gattersignal erzeugt, wenn der Ausgang der Addierschaltung 16 Null ist. Das Intervall, in dem die Gatterschaltung 19 von dem Gattersignal gesteuerl wird, stimmt daher immer mit der Zeitdauer des auftretenden Rauschens überein und der Durchgang des

3d letzteren zur Ausgangsklemme 20 wird daher ausgeschaltet

Üblicherweise gibt es einen Einschwingvorgang infolge der Eigenschaften des Tiefpasses 18. In diesem Fall ist es zweckmäßig, daß die Signalsperrung der

si Gatterschaltung 19 aufrecht erhalten wird, bis der Einschwingvorgang vorbei ist, um das Ausgangsgeräusch vollständig auszuschalten. Fig.2(F) zeigt eine Wellenform des Gatterimpulses für diesen Zustand, wobei die Breite des Gatterimpulses durch das

w Zeitintervall U bis tj dargestellt wird.

In der Praxis weist der Ausgang des Demodulators geringfügige verbleibende Geräuschkomponenten infolge der Zeitverzögerung in der Gatterfunktion auf, die für gewöhnlich vernachlässigbar sind. Durch Vorsehen

•n einer Verzögerungsschaltung in einer Vorstufe der Gatterschaltung 19 zur Verzögerung des angelegten Informationssignals kann das verbleibende Rauschen jedoch vom Ausgang ferngehalten werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Demodulator fur frequenzmodulierte elektrische Schwingungen, bei dem die zu demodulierende Schwingung über einen Begrenzer einer Demodulationsschaltung zugeführt ist und bei dem zur Rauschunterdrückung ein Generator vorgesehen ist, der ein Schaltsignal in Form von Impulsen aus der frequenzmodulierten Schwingung in Obereinstimmung mit dem in letzterer enthaltenden Rauschen erzeugt, und bei dem eine von dem Generator gesteuerte Gatterschaltung am Ausgang der Demodulationsschaltung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Begrenzers (12) zusätzlich eine Differenziereinrichtung (3) angeschaltet ist, die einen Zug schmaler positiver und negativer Impulse liefert, die parallel den Eingängen zweier monostabiler Multivibratoren (14,15) zugeführt sind, deren Impulsdauer geringfügig kürzer als das Intervall zwischen den Nulldurch- gangen der frequenzmodulierten Schwingung bei der höchsten vorkommenden Momentanfrequenz eingestellt ist, und daß die Impulsfolgen am Ausgang der beiden Mulivibratoren über eine Addierschaltung (16) dem Generator (17) zugeführt sind.

2. Demodulator für frequenzmodulierte elektrische Schwingungen, bei dem die zu demodulierende Schwingung über einen Begrenzer einer Demodulationsschaltung zugeführt ist und bei dem zur Rauschunterdrückung ein Generator vorgesehen ist, der ein Schaltsignal in Form von Impulsen aus der frequenzmodulierten Schwingung in Übereinstimmung mit dem in letzterer enthaltenden Rauschen erzeugt, und bei dem eine vom Generator gesteuerte Gatterschaltung am Ausgang der Demodulations- J5 schaltung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Begrenzers (12) zusätzlich eine Differenziereinrich tung (13) angeschaltet ist, die einen Zug schmaler positiver und negativer Impulse liefert, die parallel den Eingängen zweier monostabiler Multivibratoren (14, 15) zugeführt sind, deren Impulsdauer geringfügig kürzer als das Intervall zwischen den Nulldurchgängen der frequenzmodulierten Schwingung bei der höchsten vorkommenden Momentanfrequenz eingestellt ist, und daß die Impulsfolgen am Ausgang der beiden Multivibratoren über eine Addierschaltung (16) dem Generator (Ί7) zugeführt sind, und daß das Demodulationsprodukt über einen Tiefpaßfilter (18) vom Ausgang der Addierschaltung (16) abgenommen und der Gatterschaltung (19) zugeführt ist.