DE2917489C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstärker für ein Signalgemisch aus zeitlich aufeinanderfolgenden, frequenzmäßig stark unterschiedlichen Synchron- und Videosignalen, der am Ende einer Übertragungsstrecke für das Signalgemisch ange­ ordnet ist, mit einer vom Signalgemisch beaufschlagten Eingangsstufe und einer Ausgangsstufe, die über einen Rückkopplungszweig miteinander verbunden sind.

Es ist häufig notwendig, ein solches Signalgemisch von einer Signalquelle über ein Kabel zu übertragen, um es auf einer Kathodenstrahlröhre darzustellen. Aufgrund großer Variationen in den Distanzen, über welche die Signale übertragen werden sollen, ist es nicht durch­ führbar, für jeden Anwendungsfall ein speziell zuge­ schnittenes Übertragungssystem aufzubauen. Beispiels­ weise kann die Übertragungsstrecke, etwa in Form eines Koaxialkabels, eine Länge zwischen 8 m und 600 m auf­ weisen.

In Abhängigkeit von der jeweils gewählten Art der Über­ tragungsstrecke werden die zu übertragenden Signale in Abhängigkeit von der Streckenlänge gedämpft. Dabei ist die Dämpfung für Signale niedriger Frequenz nicht die­ selbe wie für Signale hoher Frequenz. Beispielsweise ver­ hält sich bei einem Koaxialkabel des Typs RG-62, das gewöhnlich für die Übertragung von Signalgemischen aus Synchron- und Videosignalen benutzt wird, die Kabel­ dämpfung bei 100 kHz zu derjenigen bei 14 MHz wie etwa 1 : 3.

Ein derartiger Verstärker ist aus der DE-AS 22 41 060 bekannt. Dieser Verstärker wurde mit dem Ziel konstruiert, negative Auswirkungen der Kreuzmodulation bei einem Kabel-Fernsehsystem erheblich herabzusetzen, mit dem eine Vielzahl von getrennten Signalkanälen gleichzeitig übertragen werden. Erreicht wird dies dadurch, daß die beiden Verstärkerstufen miteinander verbindende Rückkopplungsschleife mit einer Rückkopplungsimpedanz versehen wird, die eine Gesamt-Phasenverschiebung des Verstärkers von etwa 90 ° ergibt. Die Rückkopplung der Verstärkerstufen wird also zur Erzeugung einer gezielten Phasenverschiebung benutzt. Eine solche Phasenverschie­ bung ist jedoch nicht dazu geeignet, die durch eine längere Übertragungsstrecke verursachte Signaldämpfung zu kompensieren.

Ein Vorschlag zur Kompensation der Dämpfungsverluste eines Signalgemisches ist aus der US-PS 37 64 745 bekannt. Demnach ist es vorgesehen, aus dem Signalgemisch am Ende eine Übertragungsstrecke eine Steuerspannung abzuleiten, indem eine Mittelung über die Amplituden sämtlicher Frequenzkomponenten durchgeführt wird. Eine solche, auf einer Mittelung beruhende Kompensation berücksichtigt jedoch nicht die frequenzabhängig unterschiedliche Dämpfung der Signalkomponenten eines Signalgemisches.

Aus dem Fachbuch "Fernsehtechnik ohne Ballast", Otto Limann, München, 1973, S. 115 bis 117, ist eine Ver­ stärkungs- und Kontrastregelung in einem Fernsehemp­ fänger bekannt. Bei dieser Regelung wrden verschieden hohe Antennenspannungen ausgeglichen, die jeweils sämtliche Signalanteile des empfangenen Signalgemisches gleicher­ maßen betreffen. Eine solche Regelung ist mit einfachen Maßnahmen realisierbar, da sämtliche Frequenzen des Signalgemisches in gleichem Maße auf einen Bezugspegel angehoben werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ver­ stärker der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die frequenzabhängige Dämpfungscharakteristik einer Übertragungsstrecke kompensiert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1.

Demnach beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkennt­ nis, daß eine Kompensation von Dämpfungsverlusten einer Übertragungsstrecke bezüglich eines Signalgemisches aus zeitlich aufeinanderfolgenden, frequenzmäßig stark unter­ schiedlichen Signalen dadurch erreicht wird, daß eine für die Kompensation der Dämpfungsverluste verwendete Steuerspannung ausschließlich aus dem Pegel der niedriger­ frequenten Signalkomponente des Signalgemisches abge­ leitet wird. Mit dieser Steuerspannung wird ein Ver­ stärkerschaltkreis in der Eingangsstufe angesteuert, der so aufgebaut ist, daß der Dämpfungsfaktor der Übertra­ gungsstrecke unabhängig von deren Länge kompensiert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver­ stärkers sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die der Zeich­ nungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungs­ gemäßen Verstärkers;

Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3A bis 3H graphische Darstellungen von Übertragungs­ funktionen verschiedener Teile des erfindungsgemäßen Verstärkers, und

Fig. 4A bis 4D Oszillogramme von Signalen am Ausgang von Kabeln unterschiedlicher Längen zur Erläuterung der Signaltypen, die mit dem erfindungsgemäßen Verstärker verarbeitet werden sollen.

Wie Fig. 1 zeigt, ist es häufig erforderlich, eine Videosignal­ quelle 10 mit einem Videoausgangssignalanschluß 11 über ein Kabel, beispielsweise ein Koaxialkabel 12, zu verbinden. In vielen Fällen ist die Signalquelle 10 ganz allgemeiner, d. h. nicht speziell auf die Kabellänge L zugeschnittener Art. Mit anderen Worten, die Koaxialkabel dämpfen bekanntlich die von ihnen übertragenen Signale und es ist bekannt, daß diese Dämpfung frequenzabhängig ist. Die Erfindung nach Fig. 1 ist daher auf einen Verstärker 13 an der Ausgangsseite des Koaxialkabels ge­ richtet, der es ermöglicht, daß die Signalquelle beliebige, nicht an die Länge des Kabels angepaßte Eigenschaften aufweist, die die Quelle mit dem Videosignalausgangsanschluß 11 verbindet. Der Verstärker 13 nach der Erfindung ist dazu eingerichtet, die Dämpfung von Signalen beliebiger Frequenz zu kompensieren, auch wenn die Übertragungscharakteristik des Kabels für die ver­ schiedenen Frequenzen unterschiedlich ist.

Die Erfindung beschäftigt sich besonders mit der Übertragung von Videosignalen, in welchen die einzelnen Signale über einen sehr breiten Frequenzbereich verteilt sind. Beispielsweise können in einem System die Videoinformationssignale im 15-MHz- Bereich liegen, wobei die Synchronsignale in 100-kHz-Bereich liegen. Diese Zahlen sind deshalb gewählt, weil das Schaltbild nach Fig. 2 für ein Frequenzgemisch mit diesen Frequenzen dimensioniert ist. Es sei jedoch betont, daß die Erfindung auch für Videosignale anderer Frequenzbereiche einsetzbar ist.

Der Verstärker nach Fig. 1 ist an das Koaxialkabel 12 ange­ schlossen, wobei das Signalgemisch von dessen Innenleiter einer spannungsgesteuerten Impedanz 14 zugeführt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Impedanz 14 rein Ohm'scher Natur, es soll jedoch betont werden, daß andere spannungsabhängige Impedanzen ebenfalls eingesetzt werden können, solange sie nur geeignet sind, Verstärkungs­ faktor und Frequenzgang des nachfolgenden Verstärkers in geeigneter Weise zu beeinflussen.

Die Impedanz 14 ist mit dem Eingang einer Verstärkerstufe 15 verbunden, der als Filter arbeitet. Ein Rückkopplungszweig 16, der mit "Filter" bezeichnet ist, deutet diese Funktion der Verstärkerstufe an. Die Kombination aus Verstärkerstufe 15 und Filter 16 kann ein aktives Filter bilden, das eine Frequenz- und Verstärkungscharakteristik aufweist, die von der Quellen­ impedanz 14 abhängt, die, wie oben beschrieben, rein Ohm'scher Natur sein kann.

Der Ausgang der Verstärkerstufe 15 ist gegebenenfalls mit einer weiteren Verstärkerstufe 17 verbunden, die ebenfalls als Filter arbeitet, mit einem mit "Filter" bezeichneten Rückkopplungs­ zweig 18. Die Kombination dieser Elemente braucht keine regel­ bare Verstärkungs- und Frequenzcharakteristik aufzuweisen, da der Ausgang des ersten Filters eine im wesentlichen konstante Quellenimpedanz für das zweite Filter bilden kann. Die Ver­ stärkungsstufe 17 kann ein aktives Filter sein. Der Ausgang dieser Verstärkerstufe 17 kann direkt oder über weitere Ver­ stärker, Filter od. dgl. mit dem Ausgangsanschluß 11 verbunden sein. Es sei jedoch betont, daß variable Übertragungsfunktionen solcher zusätzlichen Kreise nicht automatisch durch die erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen kompensiert werden.

Gemäß der Erfindung ist der Ausgang der letzten Verstärkerstufe, d. h. hier der Verstärkerstufe 17, mit einem Synchronsignal- Pegeldetektor 19 verbunden, um ein Steuersignal oder eine Steuerfunktion an dessen Ausgangsleitung 20 zu erzeugen, das der Amplitude der Synchronsignale, beispielsweise der Horizontal­ synchronsignale, entspricht. Es sei jedoch betont, daß andere Synchronsignale oder Pilotsignale aus dem Signalgemisch eben­ falls verwendet werden können, um das Steuersignal daraus abzu­ leiten. Daher ist es notwendig, den Pegeldetektor 19 so einzu­ richten, daß er nur zu solchen Zeitpunkten zwecks Erzeugung seines Ausgangssignals wirksam ist, zu denen Synchronsignale ganz bestimmter Art auftreten, d. h. wenn die hochfrequenten Signalkomponenten nicht vorhanden sind. Zu diesem Zweck ist ein Synchronsignaldetektor 21 mit dem Pegeldetektor 19 verbunden, um diesen entsprechend zu steuern. Der Synchronsignaldetektor 21 leitet das Synchronsignal aus dem Ausgang der Verstärkerstufe 17 ab, und zwar entweder direkt oder indirekt, und erzeugt dar­ aus ein Torsteuerungssignal für den Pegeldetektor 19. Dieser Synchronsignaldetektor 21 kann von der Art sein, wie sie im allgemeinen in Fernsehempfängern verwendet wird.

Der Steuersignalausgang des Pegeldetektors 19 ist über die Leitung 20 mit dem Steuereingang der spannungsgesteuerten Impe­ danz 14 verbunden.

Aus dem Blockschaltbild nach Fig. 1 geht hervor, daß die Synchronsignale und die Videosignalanteile des Signalgemischs von dem Koaxialkabel 12 gedämpft werden und daß die Dämpfung außer von der Länge des Kabels auch noch von der Frequenz des übertragenen Signals abhängt. Die Synchronsignale werden am Ausgang der Verstärkerstufe 17 abgetrennt, um eine Steuerspannung daraus abzuleiten, die von der Amplitude der Synchronsignale ab­ hängt. Da diese Spannung dazu verwendet wird, die Größe der Impedanz 14 zu beeinflussen und weil der Verstärkungsfaktor der ersten Verstärker-/Filterstufe 15 von dieser Impedanz abhängt, kompensiert das System nach Fig. 1 automatisch die Dämpfung der Synchronsignale auf dem Kabel. Da die Übertragungsfunktion des Filters ebenfalls von der Quellenimpedanz abhängt, ist es augen­ scheinlich, daß das Filter und die Impedanz 14 so aufeinander abgestimmt sind, daß die Übertragungsfunktion des Filters zu­ sätzlich auch noch den Frequenzgang der Kabeldämpfung kompen­ siert. Auf diese Weise wird die Steuerspannung, die nur aus Signalen einer Frequenz abgeleitet wird, dazu verwendet, die Verstärkung von Signalen einer anderen Frequenz zu beeinflussen, so daß die Amplituden der verschiedenen Signalkomponenten im Signalgemisch am Ausgangsanschluß 11 im wesentlichen unabhängig von der Länge des Kabels12 sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in größerem Detail in Fig. 2 dargestellt, wobei die vom Koaxialkabel über­ tragenen Signale dem Eingang eines Transformators 25 zugeführt werden. Der Eingangsverstärker, der der Verstärkerstufe 15 nach Fig. 1 entspricht, besteht aus den Transistoren Q ₂ und Q ₃ sowie den zugehörigen Schaltelementen. Der Rückkopplungs­ kreis ist mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Die Signale laufen vom Transformator 25 zum Verstärker durch die Source-Drain- Strecke eines Feldeffekttransistors Q ₁, der zusammen mit den ihm zugeordneten Schaltelementen dem Verstärker aus den Transi­ storen Q ₂ und Q ₃ eine variable Quellenimpedanz anbietet. Typische Werte für die einzelnen, in der Schaltung verwendeten Bauelemente sind in Fig. 2 eingetragen, worauf hier zur Vermeidung von Wieder­ holungen ausdrücklich bezug genommen wird. Wie oben beschrieben, bildet der Verstärker mit dem Rückkopplungszweig ein aktives Filter, das nach den bekannten Regeln aktiver Filter aufgebaut ist.

Die Eigenschaften dieses Bereiches des Schaltkreises gehen deutlicher aus den Fig. 3A, 3B, 3E und 3F hervor. In diesen Figuren entsprechen die Frequenzen f ₁ und f ₂ den von dem darge­ gestellten Schaltkreis zu verarbeitenden Frequenzen 100 kHz und 14 MHz. Die Fig. 3A und 3B entsprechen weiterhin einem Fall, in welchem das Koaxialkabel 12 vom Typ RG-62 eine Länge von etwa 8 m hat. Die Fig. 3E und 3F stehen für den Fall, in welchem das besagte Koaxialkabel eine Länge von etwa 600 m hat.

Wenn man die Fig. 3A und 3E miteinander vergleicht, dann sieht man, daß bei nur 8 m Kabellänge die Grenzfrequenz des Kabels oberhalb von 14 MHz liegt, während bei einer Kabellänge von etwa 600 m die Signale wesentlich gedämpft werden (was durch die Pegel A und B dargestellt ist) und die Grenzfrequenz etwa auf 100 kHz abgesunken ist. Die Fig. 3A und 3E ent­ sprechen daher den Signalen, die am Eingang des Verstärker­ systems anstehen.

Ein Kabel von etwa 8 m Länge dämpft daher die 100 kHz-Signale nicht wesentlich, so daß die Steuerspannung, die aus den Synchronsignalen abgeleitet wird, einen Pegel hat, der zu einer wesentlichen Herabsetzung der Verstärkung der 100 kHz- Signale führt, wie es Fig. 3B zeigt. Die Quellenimpedanz des Verstärkers beeinflußt als Folge der Steuerspannung dieses Pegels jedoch die Übertragungsfunktion des Verstärkers, so daß die Grenzfrequenz im wesentlichen bei 100 kHz liegt. Anderer­ seits wird, wie Fig. 3F zeigt, aufgrund der Dämpfung der 100 kHz- Signale bei längerem Kabel die Amplitude der Steuerspannung verändert, um den Quellenwiderstand des Verstärkers herabzu­ setzen, wodurch der Verstärkungsfaktor des Kreises bei 100 kHz angehoben wird. Diese Anhebung, die ebenfalls aus den Veränderung der Quellenimpedanz resultiert, beeinflußt auch die Übertragungs­ funktion des Verstärkers, so daß die Grenzfrequenz nun oberhalb von 14 MHz liegt.

Gemäß Fig. 2 ist der Ausgang der ersten Filter-/Verstärkerstufe über eine Emitterfolger Q ₄ mit einer zweiten Verstärkerstufe verbunden, die Transistoren Q ₅ und Q ₆ aufweist. Da die Quellen­ impedanz dieses Verstärkers konstant ist, wird dessen Über­ tragungsfunktion nicht als Funktion der Steuerspannung ver­ ändert, wie es in den Fig. 3C und 3G für die oben be­ schriebenen Beispiele von 8 m und 600 m langen Kabeln gezeigt ist. Der Ausgang der Verstärkerstufe mit den Transistoren Q ₅ und Q ₆ kann beispielsweise über einen Emitterfolger Q ₇ mit dem Ausgangsanschluß 11 verbunden sein.

Die Fig. 3D und 3H zeigen die überlagerten Funktionen der Fig. 3A, 3B und 3C bzw. 3E, 3F und 3G. Man sieht hieraus, daß das System nach der Erfindung die Übertragungscharakteristik des Kabels so kompensiert hat, daß der Ausgang des Gesamtsystems hinsichtlich der Verstärkung und des Frequenzganges im wesent­ lichen unabhängig von der Länge des Kabels ist.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 enthält der Synchronsignal-Pegel­ detektor einen Operationsverstärker 40, dessen nichtinvertieren­ dem Eingang das Ausgangssignalgemisch zugeführt wird. Dieser Operationsverstärker wird durch die Ausgangsspannung des Synchronsignaldetektors 21 gesteuert, die dessen invertierendem Eingang zugeführt wird. Die Ausgangsspannung des Operations­ verstärkers 40 ändert sich daher in Abhängigkeit von der Amplitude der Synchronsignale nur während der Zeit, in der keine Videosignalübertragung stattfindet, d. h. beispielsweise während des Vertikalrücklaufs. Diese Signale werden über eine Diode 42 einem integrierenden Kondensator 43 relativ hohen Wertes zugeführt, so daß die Spannung am Steuereingang der spannungsabhängigen Impedanz, d. h. an der GATE-Elektrode des Feldeffekttransistors Q ₁ unter gegebenen Betriebsbedingungen im wesentlichen konstant bleibt. Der Steuerspannungskreis mit dem Kondensator 43 weist eine Ladezeitkonstante auf, die sehr viel kleiner ist als die Entladezeitkonstante. Die Ladezeit­ konstante ist klein, damit der Steuerspannungskreis schnell auf die Synchronimpulse während der begrenzten Zeit ansprechen kann, während der Steuerspannungskreis wirksam geschaltet ist. Die Entladezeitkonstante ist sehr hoch, so daß die erzeugte Steuerspannung so lange aufrechterhalten bleibt, bis der Kreis das nächste Mal wirksam geschaltet ist (während eines Vertikal­ rücklaufes). Der Steuerspannungskreis nach Fig. 2 verwendet eine Zeitkonstante von etwa 2 Sekunden, da diese sehr viel länger ist als die Nachleuchtdauer einer Kathodenstrahlröhre. Eine so große Zeitkonstante ist selbstverständlich vom Stand­ punkt des von der Erfindung verfolgten Zieles völlig ausreichend, da die Übertragungsfunktionssteuerung primär dazu vorgesehen ist, Differenzen in Kabellängen zu kompensieren und Kabellängen nicht allzu häufig verändert werden. Die Erfindung weist jedoch den Vorteil auf, daß dieser Faktor beim Aufbau von Kabelverbindungen zwischen Systemen nicht mehr beachtet werden muß.

Claims (7)

1. Verstärker für ein Signalgemisch aus zeitlich aufein­ anderfolgenden, frequenzmäßig stark unterschiedlichen Synchron- und Videosignalen, der am Ende einer Über­ tragungsstrecke für das Signalgemisch angeordnet ist, mit einer vom Signalgemisch beaufschlagten Eingangs­ stufe und einer Ausgangsstufe, die über einen Rück­ kopplungszweig miteinander verbunden sind, gekenn­ zeichnet durch einen in der Eingangsstufe angeord­ neten Verstärkerschaltkreis (14, 15, 16), dessen Ver­ stärkungsfaktor und Frequenzgang durch eine aus­ schließlich vom Pegel des niedrigerfrequenten Synchron­ signals des Signalgemisches abgeleiteten Steuer­ spannung eingestellt werden, wobei der Aufbau des Verstärkerschaltkreises derart gewählt ist, daß der Dämpfungsfaktor der Übertragungsstrecke (12) unabhängig von deren Länge kompensiert wird.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerschaltkreis (14, 15, 16) ein aktives Filter (15, 16) und eine spannungsabhängige Impedanz (14) aufweist, die zwischen den Verstärkerschaltkreis­ eingang und das aktive Filter (15, 16) geschaltet ist.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsabhängige Impedanz (14) einen Feldeffekt­ transistor (Q ₁) enthält, dessen Source-Drain-Strecke zwischen den Verstärkereingang und das aktive Filter (15, 16) geschaltet ist und daß das GATE des Feldeffekttransistors (Q₁) mit der Steuerspannung beaufschlagt ist.

4. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im Rückkopplungszweig angeordneten Pegeldetektor (19) zum Erzeugen der Steuerspannung in Abhängigkeit des Signalgemischpegles mit einer auf das Synchronsignal des Signalgemisches ansprechenden Torschaltung (21), welche die Steuerspannung nur während der Zeitdauer des Synchronsignals an den Verstärkerschaltkreis (14, 15, 16) anlegt.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegeldetektor (19) einen Steuer­ schaltkreis für das GATE des Feldeffekttransistors (Q ₁) aufweist, der einen Kondensator (43) mit hoher Entladungszeitkonstante umfaßt.

6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungszeitkonstante des Kondensators (43) sehr viel größer als die Nachleuchtdauer einer Kathoden­ strahlröhre ist.

7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Übertragungsstrecke von einem Koaxialkabel ge­ bildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ stärkerschaltkreis (14, 15, 16) von der Steuer­ spannung derart eingestellt wird, daß der Einfluß des Koaxialkabels (12) auf die Gesamtdämpfung und die Dämpfungsunterschiede bei verschiedenen Frequenzen kompensiert sind.