DE2941328A1

DE2941328A1 - Produktschaltung

Info

Publication number: DE2941328A1
Application number: DE19792941328
Authority: DE
Inventors: Akira Misawa
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1979-10-11
Publication date: 1980-04-24
Also published as: GB2033682A; JPS5552606A; US4308471A; GB2033682B

Description

Beschreibung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Produkt-(Multiplizier)-Schaltung, insbesondere auf eine Produktschaltung, wie sie in einem FM-Quadraturdemodulator verwendet wird.

Unter den verschiedenen Arten von FM-Demodulatoren werden Quadraturdemodulatoren in großem Umfang verwendet, weil sie sich besonder gut für die Ausbildung als integrierte Schaltungen eignen und daher kostengünstig herstellbar sind. Ein Quadraturdemodulator enthält einen Doppel-Gegentaktdifferenzverstärker. Ein vom Differenzverstärker erhaltenes Ausgangs-Produktsignal wird durch einen Nachverstärker verstärkt und anschließend einem Tiefpassfilter zugeführt.

Die grundlegenden Wiedergabeeigenschaften eines SW-Empfängers, so z.B. der Störabstand und die Verzerrung, bestimmen sich vornehm! ich durch die Eigenschaften der gewünschten FM-Demodulatorstufe. Polglich ist man seit langem "bestrebt, den Störabstand im Doppel-Gegentaktdifferenzverstärker des Produkt-Demodulatorabschnitts zu verbessern.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Produktschaltung anzugeben, die sich insbesondere eignet für die Verwendung in einem FM-Quadraturdemodulator und die sich durch einen verbesserten Störabstand auszeichnet« um dadurch die Wiedergabeeigenschaften des FM-Empfängers zu verbessern.

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Entsprechend dem obengenannten Ziel der Erfindung wird eine Produkt schaltung zum Erzeugen eines Produkt-Ausgangssignals aus* einem ersten und einem zweiten Signal geschaffen. Die Produktschaltung enthält eine erste Differentialschaltung mit einem ersten und zweiten Transistor, deren Emitter zusammengeschaltet sind, wobei das erste Signal an die Basis-Elektroden beider Transistoren gelegt wird, eine zweite Differentialschaltung mit einem dritten und vierten Transistor, deren Emitter über einen ersten, bzw. zweiten Widerstand an den Kollektor des ersten Transistors gelegt sind, wobei das zweite Signal an die Basis des dritten Transistors gelegt wird, während an die Basis des vierten Transistors eine feste Vorspannung gelegt wird, und eine dritte Differentialschaltung mit einem fünften und sechsten Transistor, deren Emitter über einen dritten, bzw. vierten Widerstand an den Kollektor des zweiten Transistors geschaltet sind, wobei das zweite Signal an die Basis des fünften Transistors und die feste Vorspannung an die Basis des sechsten Transistors gelegt werden. Mit diesem Schaltungsaufbau wird zwischen dem Kollektorverbindungspunkt des dritten und sechsten Transistors und dem Kollektorverbindungspunkt des vierten und fünften Transistors das Produktsignal erzeugt.

Bei Verwendung in einem FM-Empfanger ist das erste Signal ein FM-demoduliertes Signal, insbesondere das ZF- Signal, während das zweite Signal dadurch gebildet wird, daß das erste Signal im wesentlichen um 90° phasen verzögert wird.

Zum Empfangen und Verstärken des Produkt signals kann ein Nachverstärker vorgesehen sein. Ein solcher Nachverstärker umfaßt erfindungsgemäß eine vierte Differenitalschaltung mit einem siebten und achten Transistor, deren

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Basiselektroden an den Kollektorverbindungspunkt des dritten und sechsten Transistors, "bzw. den Kollektorverbindungspunkt des vierten und fünften Transistors angeschlossen sind. Die Emitter des siebten und achten Transistors sind miteinander verbunden und an eine Stromquelle angeschlossen. Weiterhin ist eine Stromspiegelschaltung vorgesehen, die einen neunten und zehnten Transistor umfaßt, die einen bezüglich des siebten und achten Transistors entgegengesetzten Leitungstyp besitzen. Die Kollektoren des siebten und achten Transistors sind an die Kollektoren des neunten bzw. zehnten Transistors angeschlossen. Ein Ausgang-Verstärkungstransistor erzeugt das Endausgangssignal. Die Basis des Ausgangs-Verstärkungstransistors ist an den Kollektor des neunten Transistors gekoppelt. Vorzugsweise sind der siebte und achte Transistor PKP-Transistoren. Weiterhin liegen vorzugsweise die Grenzfrequenz des siebten und achten Transistors unterhalb der Mittenfrequenz des ZP-Signals. Die Widerstandswerte des ersten bis vierten Widerstandes liegen vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen 50-Π- und 200JL.

Nach einem bevorzugten Gedanken der Erfindung wird eine Produkt-oder Multiplizierschaltung für die Verwendung in einem FM-Quadraturdemodulator mit einem Doppel-Gegentaktdifferenzverstärker geschaffen, bei dem in den Emitterkreisen Widerstände angeordnet sind. An den Kollektorverbindungen des Differenzverstärkers erzeugte Produktsignale werden durch ein Differenzverstärker-Transistorpaar verstärkt, von dem die Emitterkreise durch eine Stromquelle gespeist werden und dessen Kollektorkreise an eine Stromspiegelschaltung angeschlossen sind. Durch Beschränken der Widerstandswerte der Emitter-Widerstände des Doppel-Gegentaktdifferenzverstärkers in einem bestimmten-Bereich werden

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der Klirrfaktor und der Störabstand der Schaltung verbessert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur erläutert.

Die Zeichnung zeigt das Schaltun gsdiagramm eines erfindungsgemäßen FM-Demodulators. Ein Produkt-Demodulatorabschnitt 1 enthält einenDoppel-Gegentaktdifferenzverstärker. Ein erster und zweiter Transistor CL· und Qp bilden einen Differentialverstärker, in welchem ein einer Amplitudenbegrenzung unterworfenes Zwischenfrequenz-CZF-^Signal an die Basiselektroden des ersten und zweiten Transistors Q^, bzw. Q₂ gelegt wird. Die Emitter des ersten und zweiten Transistors Q^ bzw. Q₂ sind miteinander verbunden und liegen gemeinsam an einer Konstantstromquelle I_Q. Der Kollektor des ersten Transistors Q^ liegt über Emitterwiderstände Ε* und Rq an den Emittern eines dritten, bzw. vierten Transistors Q^ und Q^,. Der Kollektor des zweiten Transistors CL ist über Emitterwiderstände E, und B^, an die Emitter eines fünften, bzw. sechsten Transistors Qc und Qg angeschlossen. Die Basiselektroden des vierten Transistors Q^, und des sechsten Transistors CL- sind miteinander verbunden und diesen verbundenen Basiselektroden wird von einem Transistor Q« eine Vorspannung zugeführt. Der Emitter des Transistors Qg ist über einen Widerstand Rg geerdet. Sein Kollektor liegt an einer positiven Spannungsquelle Die Basiselektrode des Transistors Qq liegt an einer Bezugsspannungsquelle V .

Die Basiselektroden des dritten und fünften Transistors Q, bzw. Qc sind miteinander verbunden und empfangen gemeinsam das Ausgangssignal eines Phasenschiebers 2,

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welches über einen als Emitterfolger geschalteten Transistors Q₁-,' zugeführt wird. Der Emitterfolger-Transistor Qr₇ liegt mit seinem Emitter an einer Klemme eines Widerstandes Rr-,, dessen andere Klemme auf Masse liegt. Dem Phasenschieber 2 wird das der positiven Phasenfolge entsprechende Ausgangssignal eines zum Verstärken des ZF-Signals dienenden Differentialverstärkers 3 zugeführt. Der Phasenschieber 2 erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Phase bezüglich der Phase der Mittenfrequenz fQ (= 10.7 MHz) des ZF-Signals um 90° verzögert ist. Das Ausgangssignals des Phasenschiebers 2 ändert sich linear, so daß die Phase des Ausgangssignals proportional ist zu den Änderungen der Phase der Mittenfrequenz fQ.

Die Kollektoren des dritten und sechsten Transistors Q? bzw. Qc liegen über einem Last wider st and Rr- an der Spannungsquelle +V , während die Kollektoren des vierten und fünften

C C

Transistors Q^ bzw. Qr- über einen Lastwiderstand Rg an der Spannungsquelle +V liegen. Zwischen dem gemeinsamen Kollektor-Verbindungspunkt der Transistoren Q^ und Qc sowie dem gemeinsamen Kollektorverbindungspunkt der Transistoren Q^ und Qc wird ein Ausgangs-Produktsignal des ZF-Signals und des Ausgangssignals des Phasenschiebers 2 erzeugt.

Dann wird das Ausgangs-Produktsignal an die nächste Stufe, speziell an einen Nachverstärkerabschnitt 4 gegeben. Der Nachverstärkerabschnitt ist entsprechend der Zeichnung ausgebildet, wobei ein Paar von PNP-Transistoren Qq und Q*« als Differentialverstärkapaar verschaltet sind, wobei das Ausgangs-Produktsignal an die Basiselektroden der Transistoren Qq und Q,,q gelegt wird. Die Emitter der Transistoren Qq und Q^q sind zusammengeschaltet und liegen an einer Stromquelle, welche die PNP-Transistoren Q₁^ bis Q^, sowie Widerstände R^₀ und R^ umfaßt. Die Kollektoren der Transistoren

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Qq und Q..Q sind an eine aktive Last geschaltet, d.h. an eine Stromspiegelschaltung mit den PMP-Transistoren Q₁^, und Q₁C* Der Kollektor des Transistors Qq ist an die Basis eines Ausgangstransistors Q₁ g geschaltet, dessen Emitter auf Masse liegt und von dessen Kollektor ein verstärktes Ausgangssignal abgenommen wird.

Der Widerstand E^ und der PHP-Transistor Q₁^ bilden zusammen mit den PNP-Transistoren Q₁^ und Q^g eine Stromquelle. Die so ausgebildete Stromquelle arbeitet als aktive Last für den Ausgangstransistor Q₁^* EineAusgangsklemme OUT und die Basis des Differentialtransistors Q^₀ (Eingang für den negativen Phasenanteil) sind über einen Bückführwiderstand E^ miteinander verbunden. Der Widerstand E^, bildet einen Gegenkopplungszweig, der zum Verbessern des Klirrfaktors und des Störabstandes der Schaltung dient. Die Basis des Transistors Qq (Eingang für den positiven Phasenanteil) liegt über einem Widerstand E^q an der Bezugsspannung V . Die Kapazität C^ zwischen dem Kollektor und der Basis des Ausgangstransistors Q₁^ dient zur Phasenfolgenkompensation.

In der oben erläuterten Schaltung ist die Arbeitsweise des Produkt-Demodulatorabschnitts 1 mit dem Doppel-Gegentaktdifferenzverstärker an sich bekannt und braucht hier daher nicht näher erläutert zu werden.

Ein einzigartiges Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Widerstände B^ - E^ in den Emitterkreisen der Differentialtransistoren Q, - Q₆, die die zweite und dritte Differentialschaltung bilden, vorgesehen sind. Durch das Vorsehen dieser Emitterwiderstände wird der Störabstand der Schaltung um annähernd 3 dB im Vergleich zum herkömmlichen Schaltungsaufbau erhöht.

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Auf empirischem Wege wurde gefunden, daß "bei Emitterwiderstandswerten von 100-fl. der Störabstand der Schaltung von 88dB auf 9IdB verbessert wurde. Vorzugsweise werden die Emitterwiderstände so gewählt, daß sie in dem Bereich zwischen 50SL und 200 Λ liegen. Liegen die Werte der Emitterwiderstände unterhalb von 50 -Ω-, so wird die gewünschte Verbesserung des Störabstandes nicht erzielt. Liegen die Widerstandswerte andererseits oberhalb von 200-Ω-, so führen die Differentialtransistoren nicht die gewünschten Schalt vorgänge aus, so daß die Funktion der Produkt-Demodulierung nicht ausgeführt wird.

Durch die Verwendung eines Nachverstärkers der dargestellten Art eines spannungs-rückgekoppelten Differentialverstärkers können der Klirrfaktor der Schaltung ebenso wie der Störabstand verbessert werden. Somit werden durch die Verwendung eines in der dargestellten Weise ausgebildeten Nachverstärkers in Verbindung mit der Produkt-Demodulatorschaltung 4 die Eigenschaften der FM-Demodulatorschaltung spürbar verbessert. Zusätzlich wird bei dem in der dargestellten Weise mit PNP-Transistoren ausgebildeten Nachverstärker ein Verlust oder eine Dämpfung des ZF-Trägersignals, hervorgerufen durch die Schaltvorgänge des Differentialverstärkers in dem Produkt-Demodulatorabschnitt 1, unterdrückt. Hierzu beträgt für eine ZP-Trägersignalfrequenz von 10,7 MHz die Grenzfrequenz f^, des auf einen IC-Chip ausgebildeten PNP-Transistor vorzugsweise 1OMHz.

Wie oben erläutert wurde, werden gemäß der Erfindung die Eigenschaften betreffend den Störabstand in einem SN-Empfänger durch das Vorsehen von Widerständen in den Emitterkreisen der entsprechenden Differentialtransistoren

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in dem Produkt-Demodulatorabschnitt verbessert.

Es versteht sich, daß der Aufbau des Nachverstärkers sich nicht auf den in der Zeichnung gezeigten Aufbau beschränkt, sondern daß verschiedene inderungsmoglichkeiten im Bereich des fachmännischen Könnens liegen.

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Claims

PATF.NYONWÄLTE A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

ΟΛ-ma

W. STOCKMAIR

DH (C MCHMLTGCt*

K. SCHUMANN

ORfOtPMT OPL-PHVS

P. H. JAKOB

on. -mi

G. BEZOLO

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIUANSTRASSK 43

366-57/L 11.Okt. 1979

PIONEER ELECTRONIC CORPORATION

No. 4-1, Meguro 1-chome, Meguro-ku, Tokyo, Japan

Produktschaltung

Pat entansprüche

y Produkt schaltung zum Erzeugen eines Produktausgangssignals aus einem ersten und zweiten Signal, gekennzeichnet durch >

a) eine erste Differentialschaltung mit einem ersten und zweiten Transistor (Q^, (^)_t von denen jeder einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis aufweist, wobei die Emitter des ersten und zweiten Transistors (Q*, Qp) miteinander verbunden sind und das erste Signal an die Basiselektroden des ersten und zweiten Transistors gelegt wird,

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(θ·β) aaaaea tblbx oe-aaaao tilisiummi monapat TtuKonumt

ORIGINAL INSPECTED

b) eine zweite Differentialschaltung mit einem dritten und vierten Transistor (Q^, Q^), von denen jede einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis aufweist, wobei die Emitter des dritten und vierten Transistors über einen ersten, bzw. zweiten Widerstand (R^, Rg) an den Kollektor des ersten Transistors (Qg) geschaltet sind und das zweite Signal an die Basis des dritten Transistors (Q*) geführt wird, während an die Basis des vierten Transistors (Q/,) eine feste Vorspannung angelegt wird, und

c) eine dritte Differentialschaltung mit einem fünften und sechsten Transistor (Qc, Qg)* vcm denen jeder einen Emitter, einen Kollektor und eine Basis aufweist, wobei die Emitter des fünften und sechsten Transistors (Q,-, Qg) über einen dritten bzw. vierten Widerstand (R,, R^; an den Kollektor des zweiten Transistors (Qg) angeschlossen sind und das zweite Signal an die Basis des fünften Transistors (Qc) gelegt wird, während an die Basis des sechsten Transistors (Qg) eine feste Vorspannung angelegt wird,

wodurch zwischen dem Kollektorverbindungspunkt des dritten und sechsten Transistors (Q,, Qg) und dem Kollektorverbindungspunkt des vierten und fünften Transistors (Q^, Qc) das Produktsignal erzeugt wird.
2. Produkt schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Signal ein PM-demoduliertes Signal ist, und daß das zweite Signal einen solchen Verlauf hat, daß dessen Phase bezüglich der Phase des ersten Signals im wesentlichen um 90° verzögert ist.
3. Produkt schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Nachverstärker (4) vorgesehen ist, der das Produktsignal empfängt und verstärkt.

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4. Produkt schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet , daß der Nachverstärker (4) folgende Schaltungselemente aufweist:

eine vierte Differentialschaltung mit einem siebten und achten Transistor (Qq, Q₁₀)* deren Basiselektroden an dem Kollektorverbindungspunkt des dritten und sechsten Transistors (Q*, Qg)» bzw. den Kollektorverbindungspunkt des vierten und fünften Transistors (Q^, Qc) angeschlossen sind,

eine Stromquelle (Q₁₁-Q₁,, Rn, R₁₀* ^14) ³^ ^die Emitter des siebten und achten Transistors (Qq, Q₁«) gemeinschaftlich angeschlossen sind,

eine Stromspiegelschaltung mit einem neunten und zehnten Transistor (Q₁^, Q₁5) mit entgegengesetztem Leitungstyp wie der siebte und achte Transistor (Qq, Q₁ q) wobei die Kollektoren des siebten und achten Transistors (Qq, P den Kollektor des neunten, bzw. zehnten Transitors angeschlossen sind und

einen einen Ausgangsverstärkungstransistor bildenden elften Transitor (Q₁^), dessen Basis an den Kollektor des neunten Transitors (Q₁^) angeschlossen ist.
5· Produkt schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet , daß der siebte und achte Transistor ,Q₁₀), PHP-Transistoren sind.
6. Produkt schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet , daß die Grenzfrequenz des siebten und achten Transistors (Qg, Q₁Q) unterhalb der Mittenfrequenz der der Schaltung zugeführten frequenzmodulierten Signale liegt.

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7· Produktschaltung nach einem der Ansprüche Λ bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandswerte für den ersten "bis vierten Widerstand (IL-im Bereich zwischen 50-Λ- und 200 SL liegen.

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