DE2626034C3 - Schaltmodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmodulator, so der ein binäres Trägersignal mit einem Eingangssignal und in Abhängigkeit von den Binärwerten des Trägersignals das Eingangssignal oder das invertierte Eingangssignal als Ausgangssignal abgibt, der einen mit einem nichtinvertierenden und mit einem invertierenden Eingang versehenen Differenzverstärker enthält, an dessen nichtinvertierendem Eingang über einen Abgriff eines Spannungsteilers das Eingangssignal anliegt, an dessen invertierendem Eingang über einen Vorwiderstand das Eingangssignal und über einen Gegenkopp- &o lungswiderstand das Ausgangssignal anliegt und der zwei gegenphasig angesteuerte Schalter enthält, die in Abhängigkeit von den Binärwerten des Trägersignals geöffnet oder geschlossen werden.

Schaltmodulatoren, die ein binäres Trägersignal mit t>5 einem Eingangssignal modulieren, sind bereits allgemein bekannt Aus der DE-OS 20 02 387 ist beispielsweise ein Schaltmodulator bekannt, der in Abhängigkeit vom Binärwert des Trägersignals an seinem Ausgang das Eingangssignal oder das invertierte Eingangssignal abgibt Dieser Schaltmodulator enthält einen mit Hilfe eines Gegenkopplungswiderstandes gegengekoppelten Differenzverstärker, dessen invertierendem Eingang über einen Vorwiderstand das Eingangssignal zugeführt wird. Ober einen durch das Trägersignal gesteuerteD Schalter und über einen Abgriff eines Spannungsteilers wird das Eingangssignal außerdem dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers zugeführt Wenn das Trägersignal einen ersten Binärwert, beispielsweise den Binärwert 0 annimmt und der Schalter geöffnet ist, liegt das Eingangssignal nur am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers an und das Ausgangssignal ist dem invertierenden Eingangssignal zugeordnet Wenn das Trägersignal den zweiten Binärwert, beispielsweise den Binärwert 1 annimmt, ist der Schalter geschlossen. Das Eingangssignal wird dem nichtinvertierenden Eingang ebenfalls zugeführt und das Ausgangssignal isc dem nichtinvertierten Eingangssignal zugeordnet Die .Widerständswerte der Widerstände werden zweckmäßigerweise derart gewählt, daß die den Eingangssignalen und den invertierten Eingangssignalen zugeordneten Ausgangssignale jeweils gleiche Amplitudenwerte haben. Bei diesem bekannten Schaltmodulator ist jedoch infolge einer unzureichenden Kompensation der Schaltspitzen die Trägerunterdrückung wesentlich schlechter als die Signalunterdrückung.

Aus der FR-OS 21 12 166 und der GB-PS 14 26 055 ist ein Schaltmodulator bekannt, der zur Verbesserung der Trägerunterdrückung und der Signalunterdrückung zwei Schalter enthält, die durch das Trägersignal gegenphasig angesteuert werden. Das Eingangssignal liegt einerseits über einem Vorwiderstand am invertierenden Eingang und andererseits über den ersten Schalter am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers an. Der nichtinvertierende Eingang ist außerdem über den zweiten Schalter mit einem Punkt verbunden, an dem ein Bezugspotential anliegt Der Differenzverstärker ist mit Hilfe eines Widerstandes gegengekoppelt. Dieser bekannte Schaltmodulator weist in Abhängigkeit von den Binärwerten des Trägersignals unterschiedliche Eingangswiderstände und Beträge der Verstärkungen auf. Damit wird auch bei diesem bekannten Schaltmodulator keine vollständige Trägerunterdrückung erreicht und das Ausgangssignal weist einen verhältnismäßig hohen Klirrfaktor auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schaltmodulator anzugeben, der eine besonders gute Trägerunterdrückung aufweist und bei dem im Ausgangssignal ein kleiner Klirrfaktor auftritt

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Schaltmodulator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der erste Schalter im Verbindungsweg zwischen dem Vorwiderstand und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers angeordnet ist und daß der zweite Schalter im Verbindungsweg zwischen dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers und dem ersten Anschluß eines Widerstands angeordnet ist, an dessen zweitem Anschluß ein Bezugspotential anliegt

Der Schaltmodulator gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß durch eine geeignete Wahl der Widerstände ein Abgleich der Trägerunterdrückung nicht erforderlich ist. Bei der Zuordnung des Ausgangssignals zum Eingangssignal bzw. zum invertierten Eingangssignal treten nur sehr kleine Phasenfehler auf, und es können

daher preiswerte Differenzverstärker, beispielsweise integrierte Operationsverstärker, verwendet werden. Da es dabei nicht auf besonders schnelles Schalten, sondern auf gleiches Verhalten der Schalter ankommt, können als Schalter preiswerte Halbleiterschalter verwendet werden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß als Schalter integrierte Halbleiterschalter vorgesehen sind, die auf dem gleichen integrierten Schaltlireis untergebracht sind

Falls durch den Schaltmodulator Eingangssignale mit großer Amplitude verarbeitet werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn ein durch das Trägersignalgesteuerter dritter Schalter vorgesehen ist, der im Verbindungsweg zwischen dem dem Vorwiderstand zugewandten Anschluß des ersten Schalters und dem Punkt angeordnet ist, an dem das Bezugspotential anliegt und der gleichzeitig mit dem zweiten Schalter geöffnet und geschlossen wird und wenn parallel zum Widerstand ein durch das Trägersignal gesteuerter vierter Schalter angeordnet ist, der gleichzeitig mit dem ersten Schalter geöffnet und geschlossen wird.

Der Schaltmodulator erfordert einen besonders geringen Aufwand, wenn als Schalter Feldeffektschalter vorgesehen sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Schaltmodulators gemäß der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Datensenders,

F i g. 2 ein Schatbild eines ersten Schaltmodulafcors, an dem Eingangssignal mit kleiner Amplitude anliegen,

F i g. 3 ein Schaltbild eines zweiten Schaltmodulators, an dem Eingangssignale mit großer Amplitude anliegen und

F i g. 4 Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Punkten des Schaltmodulators.

Dem in F i g. 1 dargestellten Datensender werden von einer nicht dargestellten Datenquelle Daten in Form von Datensignalen D1 zugeführt Falls der Datensender phaserimodulierte Signale erzeugt, werden die Datensignale D1 einem Phasencodierer PC zugeführt, der mit Hilfe von einem Taktgeber TG abgegebenen Taktimpulsen phasencodierte Signale erzeugt Diese phasencodierten Signale werden über zwei Tiefpässe Tl und T2, deren Grenzfrequenz dem Basisbänd der Datensignale DX zugeordnet ist, als Basisbandsignale BX und B1 jeweils! einem ersten Eingang eines Schaltmodulators 5AfI !bzw. SM2 zugeführt An jeweils einem zweiten Eingang des Schaltmodulators 5Af 1 bzw. 5M2 Hegen im Taktgeber TG erzeugte Trägersignale '7R1 bzw. 77? 2 an. Diese Trägersignale sind Binärsignale, die mit 0 und 1 bezeichnete Binärwerte annehmen. Die Trägersignale 77? 1 und TR 2 haben die gleiche Folgefrequenz, sind jedoch um einen Phasenwinkel von 90° gegeneinander phasenverschoben. Die Schaltmodulatoren SM1 und SM 2 geben an ihren Ausgängen jeweils ein moduliertes Signal AfI bzw. Af 2 an einen Summierer SU ab. Der Summierer 5t/ addiert die modulierten Signale Af 1 und Af 2 und gibt sie über ein Sendefilter SF als Datensignale D 2 ab. Diese Datensignale D 2 werden über einen Übertragungskanal zu einem nicht dargestellten Datenempfänger übertragen.

Das in Fig.2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines ersten Schaltmodulators SMA ist für ein Eingangssignal mit kleiner Amplitude ausgelegt Als Eingangssignal wird dem Schaltmodulator 5Af das bs Basisbandsignal B an einem ersten Eingang zugeführt. An einem zweiten Eingang liegt das binäre Trägersignal TR an. An seinem Ausgang gibt der Schaltmodulator 5Af als Ausgangssignal das modulierte Signal M ab. Das Eingangssignal B, das Trägersigaal 77? und das Ausgangssignal Af können entweder die Signale Bi, TRi und AfI oder B 2, TR 2 und Af 2 sein, da der Schaltmodulator 5Af sowohl anstelle des Schaltmodulators 5Af 1 als auch anstelle des Schaltmodulators 5Af 2 in F i g. 1 eingesetzt werden kann.

Der Schaltmodulator 5AM enthält einen Differenzverstärker V, fünf Widerstände Al bis RS, zwei Schalter 5Wl und 5W2 sowie einen Inverter N und gegebenenfalls einen Kondensator C Der Differenzverstärker V besitzt einen einem invertierenden Eingang Ei zugeordneten invertierenden Kanal und einen einem nichtinvertierenden Eingang E2 zugeordneten nichtinvertierenden KanaL Ober einen Gegenkopplungswiderstand A3 ist der Verstärker Vgegengekoppelt Beispielsweise kann als Verstärker Vein allgemein bekannter Operationsverstärker verwendet werden, wie er als integrierter Schaltkreis im Handel erhältlich ist Die Schalter SWl und SW2 werden durch das Trägersignal TRgesteuert Dem Schalter SW1 wird das Trägersignal 77? unmittelbar und dem Schalter 5W2 wird das Trägersignal 77? invertiert zugeführt Die Invertierung erfolgt beispielsweise mit Hilfe des Inverters N. Falls jedoch in dem Taktgeber TG das invertierte Trägersignal zur Verfügung steht kann dieses dem Schalter SW2 unmittelbar zugeführt werden. Falls die Schalter 5Wl und SW2 jeweils dann geschlossen sind, wenn die steuernden Signale den Binärwert 1 haben, und immer dann geöffnet sind, wenn die steuernden Signale den Binärwert 0 haben, ist durch die Verwendung des Trägersignals 77? und des invertierten Trägersignals sichergestellt, daß die Schalter jeweils gegenphasig geöffnet und geschlossen sind. Wenn das Trägersignal TR den Binärwert 1 hat, ist der Schalter 5Wl geschlossen. Gleichzeitig hat das invertierte Trägersignal den Binärwert 0 und der Schalter 52 ist geöffnet. In ähnlicher Weise ist der Schalter 5Wl geöffnet, wenn das Trägersignal TR den Binärwert 0 hat und gleichzeitig ist der Schalter 5W2 geschlossen, da das invertierte Trägersignal den Binärwert 1 hat Als Schalter 5Wl und 5W2 werden in vorteilhafter Weise Feldeffket-Schalter eingesetzt, bei denen die Anschlüsse des Schalters den Drain- und Source-Anschlüssen entsprechen und der Steuereingang dem Gate-Anschluß entspricht

Wenn das Trägersignal 77? den Binärwert 1 hat, der Schalter 5Wl damit geschlossen ist und der Schalter 5W2 geöffnet ist liegt das Eingangssignal B über den Widerstand /?1 am invertierenden Eingang £"1 des Verstärkers V an. Über einen Abgriff eines aus den Widerständen R 4 und R 5 gebildeten Spannungsteilers liegt das Eingangssignal B außerdem am nichtinvertierenden Eingang El des Verstärkers V an. Die Widerstände R1 und R 3 bis /? 5 werden so dimensioniert, daß der Verstärker V in diesem Fall eine Verstärkung von -1 aufweist Die Verstärkung ν des Verstärkers Verrechnet sich nach der Beziehung

ν = —

El

Rl

R4

Rl

R4 + R5

__ 1

Falls das Trägersignal TR den Binärwert 0, der Schalter 5Wl damit geöffnet ist und der Schalter 5W2 damit geschlossen ist, liegt das Eingangssignal B nur über den Spannungsteiler an dem nichtinveilierenden Eingang £2 an. Über dem Schalter 5W2 wird gleichzeitig der invertierende Eingang E 1 über den

Widerstand R 2 mit einem Punkt verbunden, an dem ein Bezugspotential von beispielsweise 0 V anliegt. Die Widerstände R 2 bis /?5 werden wiederum so dimensioniert, daß der Verstärker V in diesem Fall eine Verstärkung von 1 aufweist. Die Verstärkung ν des Verstärkers V errechnet sich in diesem Fall nach der Beziehung

_ K3-KR2 «4

' - R2 ' ~R4+R~5 ~

Eine optimale Unterdrückung des Trägersignals wird erreicht, wenn durch die Schalter SWX und SW2 ein Strom mit gleichen Momentanwerten fließt. Dies wird erreicht, wenn die Werte der Widerstände R1 und R 2 gleich groß sind. Mit dieser Bedingung folgt aus der ersten Beziehung

51 - 51 - ο Rl R\

2RA = R5

sowie aus der zweiten Beziehung
R3 + R\ R4

Ri

R4 + R5

Um einen besonders kleinen Offsetfehler des Verstärkers V zu erreichen, muß weiterhin die Bedingung

R3-RX R4-R5

~R3 +

R4 + R5

erfüllt sein. Daraus folgt, daß der Wert des Widerstands R 1 gleich dem des Wertes R 4 sein muß.

Da die Verstärkung des Verstärkers Vbei geschlossenem Schalter SW1 -1 beträgt, ist in diesem Fall das Ausgangssignal M dem invertierten Eingangssignal B zugeordnet. Bei geöffnetem Schalter SlVl hat der Verstärker V die Verstärkung +1 und das Ausgangssignal M ist dem nichtinvertierten Eingangssignal B zugeordnet In Abhängigkeit vom Binärwert des Trägersignals TR wird somit am Ausgang des Schaltmodulators SM das invertierte Eingangssignal B oder das nichtinvertierte Eingangssignal abgeben.

Da am nichtinvertierenden Eingang E 2 des Verstärkers V das Eingangssignal B über den aus den Widerständen R 4 und R 5 gebildeten Spannungsteiler anliegt, wird der Einfluß des Eingangssignals B bei der Verwendung von Feldeffekt-Schaltern als Schalter SWi und SW2 auf die Gate-Source-Spannung des Schalters 51 entsprechend dem Teilungsverhältnis R4

geringer. Damit verbessert sich der Klirrfaktor gegenüber dem bekannten Schaltmodulator. Ähnliches gilt für eine dem Eingangssignal B überlagerte Gleichspannung, die bekanntlich einen Trägerrest im Ausgangssignal M hervorruft. Für den Fall, daß der ίο Verstärker V als invertierender Verstärker wirkt, verkleinert sich der Einfluß der Gleichspannung auf den Trägerrest im Ausgangssignal M wieder um das

RA

Teilungsverhältnis

Der in Fig.3 dargestellte Schaltmodulator SMB kann ebenfalls anstelle der Schaltmodulatoren SM1 und SM 2 in F i g. 1 eingesetzt werden. Er unterscheidet sich von dem in F i g. 2 dargestellten Schaltmodulator SM im wesentlichen dadurch, daß zur Verarbeitung von Eingangssignalen B mit größerer Amplitude zwei weitere Schalter SW3 und SW4 vorgesehen sind, die ebenfalls beispielsweise aus Feldeffekt-Schaltern gebildet werden. Die Schalter SlVl und SlV 4 werden durch das Trägersignal TR gesteuert und gleichphasig zueinander geöffnet und geschlossen. Die Schalter SIV2 und SW3 werden durch das invertierte Trägersignal gesteuert und ebenfalls gleichphasig zueinander, jedoch gegenphasig zu den Schaltern SlVl und SW4 geöffnet und geschlossen. Die zusätzlichen Schalter SW3 und SW4 bilden zusammen mit den Schaltern SlVl bzw. SW2 jeweils einen Spannungsteiler. Wenn der Schalter SlVl geöffnet ist und über den Widerstand Ri ein großes Eingangssignal B anliegt, wird bei der Verwendung von Feldeffekt-Schaltern als Schalter SlVl bis SIV4 damit eine einwandfreie Funktion dieser Schalter sichergestellt, wenn der dem Widerstand R1 zugewandte Anschluß des Schalters SlVl über den Schalter SIV3 mit einem Punkt verbunden ist, an dem das Bezugspotential von OV anliegt Aus Gründen der Symmetrie wird zur Kompensation der Schaltspitzen der Schaltei SIV4 gegenphasig zum Schalter SIV2 betätigt

Bei den in F i g. 4 dargestellten Zeitdiagrammen sind in Abszissenrichtung die Zeit t und in Ordinatenrichtung die Momentanwerte des Eingangssignals B, des Trägersignals 77? und des Ausgangssignals M dargestellt Wie zu erkennen ist, stimmt das Ausgangssignal M immer dann mit dem Eingangssignal B überein, wenn das Trägersignal 77? den Binärwert 1 hat und es stimmi immer dann mit dem invertierten Eingangssignal I

so überein, wenn das Trägersignal 77? den Binärwert 0 hat

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltmodulator, der ein binäres Trägersignal mit einem Eingangssignal moduliert und in Abhän- s gigkeit von den Binärwerten des Trägersignals das Eingangssignal oder das invertierte Eingangssignal als Ausgangssignal abgibt, der einen mit einem nichtinvertierenden und mit einem invertierenden Eingang versehenen Differenzverstärker enthält, an dessen nichtinvertierendem Eingang über einen Abgriff eines Spannungsteilers das Eingangssignal anliegt, an dessen invertierendem Eingang über einen Vorwiderstand das Eingangssignal und über einen Gegenkopplungswiderstand das Ausgangssignal anliegt und der zwei gegenphasig angesteuerte Schalter enthält, die in Abhängigkeit von den Binärwerten des Trägersignals geöffnet oder geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (SWl) im Verbindungs- weg zwischen dem Vorwiderstand (R 1) und dem invertierenden Eingang (Ei) des Differenzverstärkers (V) angeordnet ist und daß der zweite Schalter (SW2) im Verbindungsweg zwischen dem invertierenden Eingang (El) des Differenzverstärkers (V) und dem ersten Anschluß eines Widerstandes (R 2) angeordnet ist, an dessen zweitem Anschluß ein Bezugspotential (0 V) anliegt

2. Schaltmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch das Trägersignal (TR) gesteuerter dritter Schalter (5W3) vorgesehen ist, der im Verbindungsweg zwischen dem dem Vorwiderstand (R 1) zugewandten Anschluß des ersten Schalters (SWi) und dem Punkt angeordnet ist, an dem das Bezugspotential (OV) anliegt und der gleichzeitig mit dem zweiten Schalter (SW2) geschlossen und geöffnet wird und daß parallel zum Widerstand (Ä2) ein durch das Trägersignal (TR) gesteuerter vierter Schalter (SW4) angeordnet ist, der gleichzeitig mit dem ersten Schalter (5Wl) -to geöffnet und geschlossen wird.

3. Schaltmodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (SWX bis SWA) Feldeffektschalter vorgesehen sind.