DE2815570A1

DE2815570A1 - Frequenzdemodulator

Info

Publication number: DE2815570A1
Application number: DE19782815570
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Schricker
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1979-10-25

Description

Prequenzdemodulator
Die Erfindung betrifft einen Frequenzdemodulator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. In einem Applicationsbuch eines Herstellers integrierter Schaltkreise ist ein solcher Frequenzdemodulator beschrieben (Signetios-digital, linear, mos-applic2tions, ~974, 6-1 ... ff).
Bei diesem Stand der Technik ist davon ausgegangen, daß bekannte Phasenregelkreise (phase locked loop) ein rückgekoppeltes System bilden, das einen Phasenkomparator, ein Tiefpaßfilter, einen Fehlersignalverstärker und in der Rückführung einen in der Frequenz spannungsgeregelten Oszillator (VCO) enthalten. Man kann aber als Phasenkomparator auch einen Multiplizierer verwenden, der das beispielsweise frequenzmodulierte Eingangssignal mit dem Oszillatorsignal mischt. Am Ausgang des Multiplizierers oder Mischers entstehen Summen- und Differenzfrequenzen.
Im eingeschwungenen Zustand des Regelkreises, d.h. wenn die Oszillatorfreauenz auf die Frequenz des frequenzmodulierten Eingangssignales eingerastet ist oder diese gefangen hat, erzeugt der Oszillator fast dieselbe Frequenz, die das Eingangasignal hat, so daß die vom Phasendetektor (hier: Mischer) gelieferte Differenzfrequenz gleich Null ist. Das Ausgangssignal des Phasenkomparators enthält daher eine Gleichspannungskomponente. Das nachgeschaltete Tiefpaßfilter filters die Summenfrequenz weg und läßt die Gleichspannungskomponente hindurch, die dann verstärkt und zum spannungsgesteuerten Oszillator zu dessen Steuerung rückgeführt wird. Diese rückgeführte Spannung ist die frequenzdemodulierte Spannung, also das Ausgangssignal des Frequenzdemodulators.
Fig. 1 zeigt einen integrierten Phasendetektor in Form eines symmetrischen Multiplizierers oder Mischers, der Teil des oben angegebenen Standes der Technik ist. Die Eingangsstufe, gebildet durch die Transistoren Q1 und Q2 kann als Differenzverstärker angesehen werden, wobei der gemeinsame Emitterwiderstand durch eine Konstantstromquelle 1E gebildet ist. Die Schaltstufe, gebildet durch die Transistoren Q3 bis Q6, wird ein- und ausgeschaltet durch die vom Oszillator (VCO) kommenden Rechteckimpulse. Da die Kollektorstromschwingung des Transistors Q2 gleich der gegenphasigen Kollektorstromschwingung von Q1 ist, hat das Schalten durch die Transistoren Q3 bis Q6 die Wirkung einer Multiplikation des Differenzverstärkerausgangssignales abwechselnd mit + 1 und - 1. Das bedeutet, daß dann, wenn die Basis des Transistors Q4 positiv ist, dem Widerstand R02 der Kollektorstrom vom Transistor Q1 zugeführt wird, und wenn die Basis des Transistors Q6 positiv ist, wird RC2 der Kollektorstrom des Transistors Q2 zugeführt. Unter der Voraussetzung, daß dem Signal#eingang auch eine Rechteckwelle, allerdings eine frequenzmodulierte, zugeführt wird, ergibt sich am Ausgang Vd eine Ausgangsspannung, deren Grundwelle der Phasendifferenz zwischen den Eingangs schwingungen (Schwingung vom VCO bzw. frequenzmoduliertes Eingangssignal) proportional ist.
Die Ausgangsspannung Vd dieses symmetrischen Mischers steuert beim Stand der Technik einen Oszillator (VCO) in der Frequenz dadurch, daß über einen Differenzverstärker der Strom#zu- und -abfluß eines frequenzbestimmenden Kondensators in einem emittergekoppelten Multivibrator gesteuert wird.
Somit ist für die bekannte Schaltungsanordnung außer dem als Phasenkomparator arbeitenden Mischer ein Differenzverstärker erforderlich, der zur Steuerung des Oszillators dient, sowie ein Multivibrator als Oszillator.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Schaltungsaufwand zu vermindern.
Diese Aufgabe wird durch diejenigen Merkmale gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben sind. Das bedeutet mit anderen Worten: Bei einem Frequenzdemodulator, der als Phasenregelkreis (PLt) mit einem Oszillator (VCO) aufgebaut ist, der bezüglich seiner Frequenz von einem Mischer spannungsgesteuert ist, wobei der Nischer symmetrisch aufgebaut ist und über einen Tiefpaß die frequenzdemodulierte Ausgangsspannung liefert, sind die dem Mischer zugeordneten Stromeinpräge-Transistoren als Teil des spannungsgesteuerten Oszillators geschaltet. Dabei weist dieser Oszillator eine steuerbare Reaktanz, vorzugsweise eine Kapazitätsdiode, auf, welche zur Steuerung der Frequenz des Oszillators von dem Mischer oder von der Ausgangsspannung gesteuert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand von Fig. 2 wird ein bevorzugstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Funktionsgleiche Teile sind ebenso wie in Fig. 1 bezeichnet. Als zentrales Bauteil ist innerhalb des strichpunktierten Rahmens eine integrierte tung dargestellt (Fabrikat Siemens, Typ S042P; die Anschlußbezeichnungen bis einschließlich Ziffer 13 sind diewenigen des Dual-Inline-Gehäuses), die hier innerhalb des dargestellten Frequenzdemodulators für eine Mittenfrequenz von 100 Nllz arbeitet.
Die Transistoren Q3 bis Q6 bilden einen Mischer wie beim Stand der Technik (Fig. 1) wobei jedoch abweichend von Fig. 1 das frequenzmodulierte Eingangssignal nicht an die Emitter sondern an die Basen gelangt (über die Eingangsbeschaltung C1, R1, C2). An die Emitter gelangt das andere der zu mischenden Signale (hier: das VCO-Signal) nicht wie in Fig. 1 über einen Differenzverstärker Q1, Q2, sondern direkt vom spannungsgesteuerten Oszillator (VCO). Dieser Oszillator ist unter anderem durch die Transistoren Q7, Q8 gebildet, die in der integrierten Schaltung an sich als Stromeinpräge-Transistoren für den Mischer vorgesehen sind, hier aber durch äußere Beschaltung den spannungsgesteuerten Oszillator mitbilden. Die äußere Beschaltung besteht unter anderem aus Kondensatoren C3, 04, die jeweils zwischen Basis und Emitter der Oszillator-Transistoren geschaltet sind. Die Emitter sind zusätzlich durch einen Kondensator C5 miteinander verbunden. Die Reihenschaltung der drei Kondensatoren ist einerseits überbrückt durch eine Spule L und andererseits durch zwei gegeneinander in Reihe geschaltete Kapazitätsdioden, die als steuerbare Reaktanzen für den Oszillator (VCO) dienen. Der Verbindungsleitung dieser beiden Kapazitätsdioden wird über einen Widerstand R2 die Steuerspannung von der Klemme Vd zugeführt.
Durch die ständige Nachstimmung über die Kapazitätsdioden D1 und D2 schwingt der Oszillator nahezu auf der zu demodulierenden Frequenz, die dem Signaleingang SE zugeführt wird. Die Abstimmspannung an der Klemme Vd wird -am Mischerausgang entnommen und direkt den Kapazitätsdioden zugeführt. Sie kann aber auch über einen Tiefpaß R3-C6 geführt werden, der zur Entnahme der demodulierten Schwingung (NF) ohnehin vorhanden ist. Am Anschluß 3, d.h. ebenfalls an einem Mischerausgang, kann über einen Tiefpaß R4-C7 mit sehr niedriger Grenzfrequenz eine Nachstimmspannung für ein Hochfrequenzeingangsteil entnommen werden (beispielsweise für automatische Scharfabstimmung).
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich aus durch geringes Frequenzmodulationsrauschen, da der Oszillator ein LO-Oszillator ist, im Gegensatz zu dem RC-Oszillator beim Stand der Technik. Wenn dem Schwingkreis t, D1, 1)2, C3 bis C5 ein Schwingquarz passender Frequenz parallel geschaltet wird, kann die Schaltungsanordnung als Schmalband-Frequenzdemodulator mit gutem Verhältnis des Ausgangsspannungahubes zum Frequenzhub benutzt werden; dabei wird die zunächst von dem Schwingquarz bestimmte Oszillatorfrequenz durch die Kapazitätsdioden mitgezogen.
Die Mittenfrequenz kann über die Betriebsspannung an Klemme 14 eingestellt werden ohne große Änderung der übrigen Schaltungseigenschaften. Bei steigender Betriebsspannung steigt die Frequenz bei abnehmender Steilheit der C-Dioden-Kennlinie, was eine Reduzierung der Amplitude der deniodulierten NF zur Folge haben würde, aber es steigt mit wachsender Betriebsspannung auch die Verstärkung, so deß der Lock- und Capture-range (Halte- und Fangbereich) erhalten bleibt.

Claims

Patentansprüche 1. Frequenzdemodulator, aufgebaut als Phasenregelkreis (PLL X phaselocked loop) mit einem Oszillator (VCO), der bezüglich seiner Frequenz von einem Mischer spannungsgesteuert ist, und mit dem symmetrisch aufgebauten Mischer, dem Stromeinpräge-Transistoren zugeordnet sind und der über einen Tiefpaß die frequenzdemodulierte Ausgangsspannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromeinpräge-Transistoren (Q7, Q8) als Teil des Oszillators geschaltet sind, der eine steuerbare Reaktanz (D1, D2) aufweist, welche mittelbar oder unmittelbar vom Mischer (Transistoren Q3 bis Q6) gesteuert wird. (Fig. 2) 2. Frequenzdemodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (Q7, Q8, C3 bis C5, L, D1, D2) ein LC-Oszillator ist.
3. Frequenzdemodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektorleitungen der Transistoren (Q7, Q8) des Oszillators die Transistoren (Q3 bis Q6) des Mischers liegen.
4. Frequenzdemodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator einen die steuerbare Reaktanz (D1, D2) enthaltenden Schwingkreis (C3 bis C5, , D1, D2) mit Anschlüssen (11, 13) und wenigstens einer Anzapfung (10, 12) aufweist, woran die Elektroden wenigstens eines Transistors (Q7, Q8) des Oszillators mittelbar oder unmittelbar angeschlossen sind.
5. Frequenzdemodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei parallel arbeitenden Transistoren (Q7, Q8) des Oszillators je eines von deren gleichartigen Anschlußpaaren (Basis-Emitterstrecken von Q7, Q8) unter Zwischenschaltung eines durch Anzapfungen (10, 12) zugänglichen Schwingkreisteiles (C5) in Serie liegen und die verbleibenden Transistoranschlüsse (Kollektoren von Q7, Q8) über den Mischer (Q3 bis Q6) mit der steuerbaren Reaktanz (D1, D2) verbunden sind.
6. Frequenzdemodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Reaktanz aus wenigstens einer Kapazitätsdiode (D1, D2) besteht.
7. Frequenzdemodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbaren Reaktanz (D1, D2) die Ausgangsspannung des Mischers (Q3 bis Q6) unverstärkt zugeführt wird, 8. Frequenzdemodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (Q7, Q
8, C3 bis C4, L, D1, D2) einen in erster Linie frequenzbestiininenden Schwingquarz aufweist und die Oszillatorfrequenz durch die steuerbare Reaktanz (D1, D2) mitgezogen wird.