DE2360910A1

DE2360910A1 - Frequenzmodulationsempfaenger

Info

Publication number: DE2360910A1
Application number: DE19732360910
Authority: DE
Inventors: Tatsuhiro Yasunaga
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1972-12-09
Filing date: 1973-12-06
Publication date: 1974-06-12
Also published as: GB1452498A; JPS4979762A

Description

PATENTANWÄLTE . .-.·■-."■ ^: " _··"""

DipL-Phys. W. KALKOFF

MÜNCHEN 71 (SoIIn) " ""- ''^

Franz-Hals-Straße 21
Tel. (0811) 796213/795431 . :

HEC 3244 ' . München, 6. Dezember 1973

Dr. H,/seh

Sharp Kahushlki Kaisha 22-22, Nagaike^cho . Abeno-ku >
Osaka , JAPAN

Frequenzmodulationsempfänger

. : Priorität: 9. Dez. 1972; Japan; KFr. 123683/72

Die Erfindung bezieht sich auf einen Empfänger zum Empfang frequenzmodulierter Signale und insbesondere auf einen derartigen Empfänger, der mit einer Phasenregelschleife ausgestattet ist. Derartige Empfänger werden in Anlehnung an den englischen Ausdruck "phase locked loop" als PLL-Empfänger bezeichnet.

Es gibt die verschiedensten Arten von Frequenzdemodulationskreisen, beispielsweise den sog. Ratiodetektor, den Foster-Seely-Detektor, Phasendiskrimlnatoren usw., die jedoch alle die Anwendung von Induktivitäten in Abstimmkreisen benötigen. Aus diesem Grund Ist es schwierig, derartige -Demodulatoren für Frequenzmodulationssignale im Wege integrierter Schaltungen auszubilden. Wenn ferne.r ein zusätzlicher Unterdrückungskreis bei den bekannten FM-Demodulatoren zu dem Zweck

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vorgesehen ist, Störgeräusche in nichtabgestimmtem Zustand zu unterdrücken, so weisen derartige Schaltungsanordnungen in dieser Beziehung Mangel auf, weil die Eingangssignale lediglich mit dem Bezugssignal verglichen werden.

In der Jüngsten Zeit wurde in Anbetracht der Fortschritte bei integrierten Schaltungen die Entwicklung von PLL-Demodulationskreisen ohne Induktivität gefördert, denn gerade in Anbetracht des Fehlens von Induktivitäten ist es möglich, den gesamten Empfangskreis als integrierte Schaltung auszubilden. Bei dem Bau von FM-Empfängern wird daher die Anwendung derartiger mit Phasenregelschleifen arbeitender PLL-Demodulatoren aus ökonomischen und technischen Gründen bevorzugt. Um jedoch Störgeräusche zu unterdrücken, wenn der Empfänger nicht abgestimmt ist, ist es wünschenswert, narrensichere Geräuschunterdrückungskreise vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Lösung dieser Aufgabe zugrunde; sie betrifft die Schaffung eines Frequenzmodulationsempfängers, der nach dem PLL-Prinzip arbeitet und im Wege integrierter Schaltungen herstellbar ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung die Ausbildung eines Störgeräusche unterdrückenden Kreises bei einem derartigen Empfänger.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die von einer Antenne 1 aufgenommenen Signale werden einer PLL-Stufe (Phasenregelschleife) 6 zugeführt, die noch näher erläutert wird. Zu diesem Zweck ist ein Hochfrequenzverstärker 2_r eine Mischstufe 3, ein Örtlicher Oszillator 4 und ein

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Zwischenfrequenzverstärker 5 vorgesehen. Wie bekannt, umfaßt die PLL-Demodulationsstufe 6 eine Phasenvergleichsstufe 7, ein Tiefpaßfilter 8, einen Gleichstromverstärker , 9 und einen durch eine zugeführte Regelspannung geregelten Oszillator 10. Die Ausgangssignale' des Zwischenfrequenzverstärkers 5 werden dem Phasenkomparator 7 zugeführt. Ein Teil der Aus gangs signale des Gleichstromverstärkers/? wird über einen veränderbaren Widerstand 11 einem Niederfrequenzverstärker 12 üblicher Bauweise zugeführt. Der Niederfrequenzverstärker 12 besteht aus einem Transistor 13, einem Widerstand 14 und einer Kapazität 15v die parallel zwischen dem Emitter des Transistors 13 und dem Bezugspotential angeordr· net sind; ein Widerstand 16 ist zwischen der Basiselektrode und der positiven Spannungsquelle +B angeordnet und ein weiterer Widerstand 17 zwischen der Basiselektrode/und Erde. Ein Ausgangswiderstand 18 ist zwischen dem Kollektor und. der positiven, auf Bezugspotential liegenden Spannungsquelle +B angeordnet, und eine Ausgangskiemme 19 ist an den Kollektor des Transistors angeschlossen.

Es ist zusätzlich zur Unterdrückung von Geräuschen ein Sperrdetektor 20 vorgesehen, der ebenfalls an die PLL-Schleife 6 angeschlossen ist und aus einem die Phase um 90° drehenden Phasenglied 21, einem Phasendetektor 22, einem Tiefpaßfilter 23 und einem mit Schwellenspannung arbeitenden Detektor 24 besteht. Ein Teil der Ausgangssignale des geregelten Oszillators 10 wird gleichzeitig dem die Phase um 90° drehenden Phasendrehglied und von diesem dem Phasenvergleicher 22 zugeführt, wobei dem Phasenvergleicher 22 der restliche Teil der Ausgangssignale des Zwischenfrequenzverstärker 5 zugeführt wird. Der Phasenvergleicher 22 erhält die Ausgangssignale von dem Phasendrehglied 21 an seiner zweiten Eingangsklemme und liefert über das Tiefpaßfilter ,23 an den Detektor 24 Signale, und die Ausgangssignale des Detektors 24

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werden als Sperrsignale über den Widerstand 25 dem Emitter
des Transistors 13 des Niederfrequenzverstärkers 12 zugeführt werden. Es ist zu beachten, daß die PLL-Demodulationsstufe als integrierte Schaltstufe ausgebildet ist, und die Sperrdetektorstufe 20 kann an demselben Halbleiterelement oder
auch an einem anderen Halbleiterelement angeordnet sein.

Die Arbeitsweise des erörterten Empfängers bei Empfang von
frequenzmodulierten Radiosignalen ergibt sich aus der folgenden Erläuterung.

Die von der Antenne 1 aufgenommenen' frequerizmodulierten Signale werden über den Hochfrequenzverstärker 2 der Mischstufe 3 mit örtlichem Überlagerer 4 zugeführt und danach in Form gebildeter Zwischenfrequenzsignaie in dem Zwischenfrequenzverstärker 5 verstärkt. Die auf diese Weise erhaltenen Zwischenfrequenzsignaie werden zunächst dem Phasenvergleicher 7 zugeführt und liefern dort das Multiplikationsprodukt der zugeleiteten Zwischenfrequenz mit den von dem Oszillator 10 erzeugten Schwingungen. Es kann das Ausgangssignal Ve(t) des Phasenvergleichers 7 wie folgt beschrieben werden:

Das zwischenfrequente Signal V (t) ist

V_s(t) = E_s sintOgt.
Die von dem Oszillator 10 erzeugte Schwingung V (t) ist

^vo^{(t) = E}o ^sin ^₀* ⁺ ^'

Hierbei ist 0_Q die Phasendifferenz zwischen den Signalen
V_s(t) und V₀(t).

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Das Ausgangssignal V_o(t) des Phasenvergleichers 7 ist damit V_e(t) = KE₃ E_of-cos{(CJ_s ₊ 0>_Q)t ₊ 0_O1 ·

_e(t) = KE₃ E_ofcos{(CJ_s ₊ 0>_Q)t ₊ 0_O1

cos

Plierbei ist K eine durch den Phasenvergleicher 7 bestimmte Konstante.

Das Tiefpaßfilter 8 schneidet die hohen Frequenzkomponenten der Ausgangssignale V (t) ab und liefert als Ausgangssignal Vf(t) das durch die folgende Formel bestimmte Signal:

■ V_f(t) = KE₀ E₃- cos [O_s - <o_o)t - 0_O]. · "

Die Wirkungsweise der PLL-Phasenregelschleife besteht darin, die Frequenz Co_Q des Oszillators 10 in Übereinstimmung mit der Frequenz oj der Zwischenfrequenzsignale zu bringen, so daß bei erzwungener Phasengleichheit die von dem Oszillator 10 erzeugte Frequenz gleich der zugeführten Zwischenfrequenz ist. Daraus ergibt sich, daß im Ausgangskreis des Tiefpaß- ' filters 8 eine für den Frequenzunterschied maßgebliche Spannung als Komponente nicht auftritt. Die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers 9 ist vielmehr:

V_d(t) = A K E₀ E₃- cos 0_O,

wobei A der Verstärkungsfaktor des Gleichstromverstärkers 9 ist. Diese Spannung wird als Regelspannung dem Oszillator 10 zugeführt. Wenn daher die Schwingungen des' Oszillators 10 um 90° in der Phase versetzt zu den Zwischenfrequenzsignalen liegen, so ist die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers 9 Null, und die PLL-Phasenregelschleife ist vollständig

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gesperrt. Wenn die Phasendifferenz weniger als 90° ist, wird die Regelspannung des Oszillators positiv, und wenn die
Phasendifferenz mehr als 90 ist, wird die Regelspannung
negativ. Daher wird der Oszillator 10 zu allen Zeiten bei
einer Phasendifferenz von 90° gehalten.

Auf diese Weise ergibt sich die Phasenregelung durch die
PLL-Stufe 6, die aus Phasenvergleicher 7, dem Tiefpaßfilter 8, dem Gleichstromverstärker 9 und dem durch die Regelspannung geregelten Oszillator 10 besteht. Im phasengeregelten Zustand schwankt daher, wenn die der PLL-Stufe 6 zugeführten EingangssignaIe frequenzmoduliert sind, das Ausgangssxgnal des Oszillators IQ in gleicher Weise wie die Eingangssignale der PLL-Stufe 6. Unter diesen Umständen liefert der Gleichstromverstärker 9 Frequenzdemodulatlonssignale an der Ausgangsklemme des Gleichstromverstärkers 9· Die frequenzdemodulierten Signale werden von dem Gleichstromverstärker

9 abgeleitet und dem Niederfrequenzverstärker 12 über den
veränderbaren Widerstand 11 zugeführt. In gleicher Weise-werden Ausgangssignale des Oszillators 10 entnommen und dem die Phase um 90 drehenden Phasendrehglied 21 zugeführt. Die so in der Phase um 90° gedrehten Schwingungen des Oszillators

10 werden dem Phasenvergleicher 22 zugeführt, der auch die empfangenen und in Zwischenfrequenzen umgewandelten Signale aufnimmt. Das Produkt dieser beiden Signale wird"in dem
Phasenvergleicher 22 gebildet und die Hochfrequenzkomponente durch ein Tiefpaßfilter 23 ausgefiltert, so daß sich eine
Spannung ergibt, die abhängig von der Frequenzdifferenz und der Phasendifferenz Ist.

Wenn die PLL-Schleife 6 im Zustand der Gleichphasigkeit arbeitet, so ergibt sich eine Phasendifferenz von 90°, jedoch keine auf einen. Frequenzunterschied zurückgehende Frequenzkomponente in dem Ausgangssignal desPhasenvergleichers 22.

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Das Ausgangssignal V_f,(t) ist daher; .

V^₁Ct) = K- E₀-E₃ : sin 0_O. _: ■

Hierbei ist K' eine Konstante, die.durch den PhasenvergXeicher 22 bestimmt ist.

Wenn 0 = 90°, ergibt sich eine maximale Amplitude des Ausgangssignals des Phasenvergleichers 22.. Der mit einem Schwellenwert arbeitende Detektor 24.kann daher feststellen, ob die PLL-Stufe 6 im Zustand der Phasenregelung arbeitet, indem der genannte Detektor 24 feststellt, ob. das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 23 in der Nähe eines der maximalen Spannung nahen Schwellenwertes liegt. Die Ausgangssignale des Detektors 24 gelängen zu dem Emitter des Transistors 13 über den Widerstand -25. Bei dem erörterten Beispiel ist die Amplitude des Ausgangssignals des Detektors 24 Null, .wenn Phasenübereinstimmung infolge von Phasenregelung vorliegt, und wird ungefähr-gleich der Spannung .+B-, wenn Phasengleichlieit nicht vorliegt.

Wenn sich daher die PLL-Stufe 6 im Zustand der Phasenübereinstimmung befindet, können demodulierte FM-Signale von der Regelspannung V"-,(t) der PLL-Schleife 6 abgeleitet werden, und der Niederfrequenzverstärker 12 arbeitet dann in seinem normalen Verstärkungszustand. Die demodulierten FM-Signale werden durch den Niederfrequenzverstärker 12 verstärkt und können an der Ausgangsklemme 19 entnommen werden.

¥enn indessen der Empfänger nicht abgestimmt ist, Frequenzmodulations-Radiosignale also nicht empfangen werden, werden, ■keine Zwischenfrequenzsxgnale der PLL-Schleife und dem Sperrdetektor 20 zugeführt. In diesem Fall sind die Ausgangsspannungen V_(t) des Phasenvergleichers 7 und .die Ausgangsspan-

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nungen V^Ct) des Tiefpaßfilters 8 und die des Gleichstromverstärker 9> nämlich die Regelspannung V_d(t), sämtlich Null, und der Oszillator 10 liefert Schwingungen bei einer Frequenz, die durch seinen Schwingungskreis bestimmt sind.

Normalerweise wurden sich dann Störgeräusche in dem nichtabgestimmten Zustand ergeben und über den Niederfrequenzverstärker 12 wiedergegeben werden. Bei der Erfindung dagegen sind die Ausgangssignale V^,(t) des Tiefpaßfilters des Sperrdetektors 20 außerordentlich klein, und daher liegt das Ausgangssignal des Detektors 24 ungefähr bei der Spannung +B. Durch Zuführung derartiger Ausgangssignale des Detektors 24 an den Transistor 13 des Niederfrequenzverstärkers 12 wird der letztere gesperrt, so daß sich keine Ausgangssignale an der Ausgangsklemme 19 ergeben. So ergibt sich im nichtabgestimmten Zustand eine Unterdrückung von Störgeräuschen.

Patentansprüche: 409824/Ü8S1

Claims

1./Schaltung zur Demodulation frequenzmodulierter Signale unter Anwendung einer Phasenregelschleife (PLL-Schleife) . zur Demodulation und mit einem nachgeschalteten Niederfrequenzverstärker zur Verstärkung der demodulierten Signale, d'a d u r c h g e k en η ζ e i ch η et, daß für den Niederfrequenzverstärker, (12) eine auf den Arbeitszustand der Phasenregelschleife ansprechende Spefrstufe zum Sperren des Niederfreqüenzverstärkers (12) für die Zwecke der Störgeräuschunterdrückung vorgesehen ist.

2..Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederfrequenzverstärker (12) gesperrt wird, wenn in der Phasenregelschleife eine Phasenmitnahme nicht gewährleistet istv ..- ■

3. Schaltung nach Anspruch 2, d a d ur c h g e k e η η ζ eic'hnet,- daß ein den nachgeschalteten niederfrequenzverstärker (12) sperrender Detektor (24) vorgesehen ist, der die Sperrung bei fehlender Phasenmitnahme bewirkt.

4. Schaltung nach einem.der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenregelschleife aus einem Phasenvergleicher (7), einem Tiefpaßfilter (8), einem Gleichstromverstärker (9) und einem durch das Aus-r gangssignal des Gleichstromverstärkers (9) geregelten Oszillator (10) besteht. '..-..-..'■

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zum Sperren des Niederfrequenzverstärkers (12) vorgesehene Sperrstufe aus einem 90 -Phasendrehglied (21), einem Phasenvergleicher (22), einem TIef-_ paßfilter (23), einem Detektor (24) besteht und der Detektor

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(24) ein Sperrsignal an den Niederfrequenzverstärker-(12) liefert, wenn in der PLL-Phasenregelschleife (6) eine Phasenmitnahme nicht gewährleistet ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn zeichnet , daß dem Phasendrehglied (21) die von dem Oszillator (10) der PLL-Phasenregelschleife (6) erzeugten Schwingungen zugeführt werden und dem nachgeschalteten Phasenvergleicher (22) der Sperrstufe (20) einerseits die um 90 versetzten Ausgangsschwingungen des Phasendrehgliedes (21) und andererseits das Eingangssignal des Phasenvergleichers (7) der PLL-Phasenregelschleife (6) zugeführt werden.

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