DE3048104A1

DE3048104A1 - "frequenzdemodulationsanordnung"

Info

Publication number: DE3048104A1
Application number: DE19803048104
Authority: DE
Inventors: François van 38240 Meylan Zanten
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1981-09-10
Also published as: JPS5698910A; FR2472302A1; DD155845A5; PL228661A1; IT1129473B; GB2066599A; RO78686A; GB2066599B; IT8068961A0; US4410856A

Description

	Patentanwälte -	. - - - -
Dipl.-lng.	Dipl.-Chem.	Dipl.-lng.
E. Prinz	Dr. G. Hauser	G. Leiser
	Ernsbergerstrasse 19
	8 München 60
	- 5 -

19. Dezember 1980

THOMSON - CSF
173, Bl. Haussmann
Paris / Frankreich

Unser Zeichen: T 3392

Frequenzdemodulationsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Frequenzdemodulationseinrichtung, insbesondere für das Farbfernsehen, und zwar besonders die Demodulation der Farbhilfsträgerschwingung bei SECAM-Empfängern. Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere bei der Regelung der Steigung der Demodulatorkennlinie vorgesehen, um auf diese Weise den Abgleich, thermische und zeitliche Drift und Herstellungstoleranzan zu vermeiden, welche die Qualität und Zuverlässigkeit der Farbwiedergabe bei SECAM-Empfängern beeinträchtigen.

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Das Problem liegt in dem Gegensatz zwischen der Herstellung von Demodulatoren, insbesondere in integrierter Technik, die zu streuenden und instabilen Steigungen der Demodulationskennlinie führt, und den Einsatzbedingungen solcher Demodulatoren in SECAM-Fernsehempfängern, die eine konstante und stabile Steigung erfordern. Es ist nämlich notwendig, daß die Gleichstromkomponente des Signals präzise wiedergegeben wird.

Eine bereits vorgeschlagene Lösung dieses Problems besteht in der Anwendung von abgestimmten Kreisen, um einen Demodulator, z.B. vom Typ FOOSTER SEELEY, zu schaffen. Diese Lösung ist jedoch aus folgenden Gründen nicht befriedigend: Kosten für die abgestimmten Kreise und insbesondere für die Abgleicharbeiten, thermische und zeitliche Drift der Spulen und Kondensatoren (trotz Kompensation), hohe Anzahl von Anschlüssen zwischen der integrierten Schaltung und den äußeren Bauteilen.

Eine v/eitere bereits vorgeschlagene Lösung besteht darin, einen Demodulator mittels einer Phasenregelschlaufe zu verwirklichen (Oszillator plus Phasenkomparator). Diese Lösung, die gegenüber der zuvor genannten Lösung bereits einen Fortschritt mitbringt, hat jedoch denselben Fehler: die Steigung der Demodulationskennlinie hängt von Bauteilen ab, welche die Eigenfrequenz des Oszillators bestimmen. Die Präzision und Stabilität dieser Bauteile, selbst wenn diese in integrierten Schaltungen untergebracht sind, sind unzureichend, so daß Abgleicharbeiten erforderlich sind. Diese Streuung der Steigung der Demodulationskennlinie hat den weiteren Nachteil, daß der Demodualtionsbereich in bezug auf das zu demodulierende Band dezentriert wird. Der Demodulationsbereich muß also erweitert werden, um sicherzustellen, daß er das zu demodulierende Frequenzband enthält, und zwar auch für den Fall größter Abweichung. Die Verbreiterung des Demodulationsbereichs ist jedoch ebenfalls nachteilhaft: es ist nämlich bekannt, daß in einer Phasenregelschlaufe eine Ver-

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breiterung des Fangbereiches erhalten wird, indem die Ver-.Stärkung bei geöffneter Sehlaufe erhöht wird, was dazu führt, daß -die Anordnung bei geschlossener Schlaufe schwieriger zu dämpfen ist. Es besteht dann auch die Gefahr,

daß die Phasenregelschlaufe auf Störsignalen einrastet, die außerhalb des nutzbaren Frequenzbandes des zu demodulierenden Signals liegen.

Weitere Bemühungen zum Vermeiden von Abgleicharbeiten und Drifterscheinungen beruhen z.B. auf der Anwendung einer getasteten Regelung des Demodulatorausgangssignals nach den vom Sender am Anfang jeder Zeile ausgestrahlten Impulsfolgen oder -gruppen. Die Frequenz dieser Impulsfolgen oder -gruppen entspricht nämlich dem "Schwarzpegel" (fehlende Farbe).

Aber auch dieser Vorschlag ist nicht befriedigend, und zwar aus folgenden Gründen:

- Die Impulsfolgen dauern nur 3,5-4 Mikrosekunden, und ihr Anfang ist nicht nutzbar. Im ersten Teil der Impulsfolge ist nämlich der Demodulator in einem Übergangs-Betriebs zustand. Die Abtastung darf auch nicht zu spät enden und auf das Signal ausgedehnt werden, welches auf die Impulsgruppe folgt. Um einen hinreichenden Sicherheitsabstand zu wahren, muß in der Praxis die Abtastzeit kürzer als 2 Mikrosekunden sein, und " sie muß genau in bezug auf den hinteren Teil der Impulsfolge zentriert sein, wofür eine besondere' Schaltungsanordnung erforderlich ist, die Abgleicharbeiten erfordert;

- die Impulsfolgen unterliegen den Einflüssen durch die Ausbreitungsbedingungen, insbesondere Störechos, die zu Interferenzen mit den Synchronisationsimpulsen führen können, was zu einem falschen Demodulationspegel führt, der eine genaue Regelung nicht zuläßt.

Bei dem SECAM-System führt die der Trägerschwingung entnommene

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Hilfsträgerschwingung zwischen 3,8 und 4,8 MHz die Chrominanzinformation in Form von zwei Chrominanzsignalen, die mit B-Y und R-Y bezeichnet werden. Die Hilfsträgerschwingung ist frequenzmoduliert, und die Farben werden gut wiedergegeben, wenn die Ausgangsspannungen der Demodulatoren in richtiger Weise den vom Sender abgegebenen entsprechenden Frequenzen des Hilfsträgers zugeordnet sind, d.h. wenn die Steigung der Demodulatorkennlinie den richtigen Wert hat und stabil ist.

Wenn der Sender die Ruhefrequenzen (entsprechend dem Fehlen einer Farbe) F_QR für das Rot-Chrominanzsignal und und F_QB für das Blau-Chrominanzsignal ausstrahlt, so müssen ferner die beiden Demodulatoren jeweils eine genau bestimmte Spannung abgeben, damit die Grauwerte rein und nicht gefärbt sind.

Durch die Erfindung wird eine Verstärkungsregelung eines Demodulators geschaffen, die es ermöglicht, eine konstante und stabile Steigung zu erreichen.

Diese Regelung steht zu einer Bezugsfrequenz in Beziehung, die aus einem Quarzoszillator gewonnen wird und periodisch an den Demodulator angelegt wird, um eine getastete Korrektur desselben vorzunehmen.

Der Demodulator enthält zwei Eingänge:

- Der eine Eingang empfängt abwechselnd die Bezugsfrequenz (während der Tastzeitpunkte) und die zu demodulierende Frequenz (zwischen diesen Zeitpunkten);

- der andere Eingang empfängt eine Spannung, die ein Korrektursignal zur Korrektur der Steigung des Demodulators bildet; diese Spannung ist wirksam zum Multiplizieren der zu demodulierenden Eingangsfrequenz, um am Ausgang des Demodulators eine Spannung zu erzeugen, die proportional sowohl zu der am

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ersten Eingang empfangenen Frequenz als auch zu der am zweiten Eingang empfangenen Spannung ist.

Das Korrektursignal wird zwischen den Tastzeitpunkten gebildet. Es wird gespeichert und zwischen diesen Zeitpunkten benutzt. Es wird durch eine Gegenkopplungsschlaufe gewonnen, die während der TastZeitpunkte die Ausgangsspannung des Demodulators prüft, während dieser eine Bezugsfrequenz empfängt, und diese Ausgangsspannung mit einer Bezugsspannung vergleicht, um ein Korrektursignal zu erzeugen, das von diesem Vergleich abhängt.

In der Praxis entsprechen die Tastzeitpunkte den Totzeiten des Bildsignals: Zeilen- oder Bildrücklauf..

Durch die Erfindung wird insbesondere eine Demodulationsanordnung geschaffen, die geeignet ist, eine zu einer Frequenz proportionale Spannung zu liefern, und erfindungsgemäß umfaßt:

- einen Demodulator mit einem ersten Eingang zum Empfangen einer zu demodulierenden Frequenz, einem zweiten Eingang zum Empfangen einer Korrekturspannung und einem Ausgang, der eine (bis auf einen Faktor) zu der Frequenz am ersten Eingang und zu der Spannung am zweiten Eingang proportionale Spannung liefert;

- eine Gegenkopplungsschlaufe zwischen dem Ausgang des Demodulators und seinem zweiten Eingang, wobei diese Schlaufe einen Differenzverstärker mit zwei Eingängen umfaßt, der an einem Eingang das Ausgangssignal des Demodulators und am anderen Eingang eine Bezugsspannung empfängt, wobei die Schlaufe ferner eine an den zweiten Eingang des Demodulators angeschlossene Einrichtung zum Speichern der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers umfaßt;

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- einen Oszillator, der eine Bezugsfrequenz liefert;

- eine Tast- bzw. Abtasteinrichtung, die geeignet ist, um während der Tast- bzw. Abtastzeitpunkte die Bezugsfrequenz an den ersten Eingang des Demodulators anzulegen und die Gegenkopplungsschlaufe zu schließen und außerhalb dieser Zeitpunkte die zu demodulierende Frequenz an dem ersten Eingang des Demodulators anlegt und die Gegenkopplungsschlaufe öffnet.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Demodulator mit zwei Eingängen ausgebildet, und eine Regelschlaufe mit Phasenverriegelung findet Anwendung, die einen Oszillator mit gesteuerter Frequenz und einen Phasenvergleicher umfaßt. Dieser regelt die Frequenz des Oszillators, indem er auf die Steuerspannung desselben einwirkt, bis diese Frequenz gleich der zu demodulierenden Frequenz ist. Die Ausgangsspannung des Phasenvergleichers, die als Steuerspannung des Oszillators dient, ist dann automatisch proportional zu der zu demodulierenden Frequenz, und zwar einfach infolge der linearen Beziehung zwischen der Frequenz und der Steuerspannung des Oszillators. Statt also direkt eine Schaltung vorzusehen, welche eine zu einer Eingangsfrequenz proportionale Ausgangsspannung liefert, wird also ein Phasenkomparator verwendet, der mit einem Oszillator eine Schlaufe bildet, dessen Ausgangsfrequenz proportional einer Eingangsspannung ist. Diese Eingangsspannung des Oszillators dient als Ausgangssignal des Demodulators und ist proportional der Oszillatorfrequenz, also der zu demodulierenden Frequenz, auf die der Oszillator durch den Phasenkomparator verriegelt ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Oszillator ein solcher ist, dessen Frequenz durch zwei Spannungen gesteuert wird, wobei der Oszillator die Spannungen an zwei Eingängen empfängt und eine

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Ausgangsfrequenz liefert, die proportional dem Verhältnis dieser beiden Spannungen ist. Die erste Spannung ist die bereits erwähnte Spannung, also die Ausgangsspannung des Phasenkomparators, die auch die Ausgangsspannung des Demodulators bildet. Die zweite Spannung ist diejenige, die an den ■ zweiten Eingang des Demodulators angelegt wird, wobei dieser Eingang gleichzeitig ein Eingang des Oszillators ist.

Der erste Eingang des Demodulators ist durch den einen Eingang des Phasenkomparators gebildet.(dessen anderer Eingang das Ausgangssignal des Oszillators empfängt).

Die Verwirklichung eines durch zwei Eingangsspannungen ge-' steuerten Oszillators, der eine Frequenz liefert, die proportional zu dem Verhältnis zwischen diesen Spannungen ist, ist einfach; es wird ein Kippschwinger verwendet, der einen durch Konstantstrom zwischen zwei Spannungspegeln (oder zwischen O und einem Bezugspegel) auf- und entladbaren Kondensator umfaßt.

Der eine Eingang des Oszillators dient zum Empfangen einer variablen Spannung, die eine variable Differenz zwischen den Spannungspegeln (oder dem Bezugspegel) definiert. Der andere Eingang empfängt eine Spannung, die den Lade- und Entladestrom des Kondensators proportional festlegt. Der Kippschwinger gibt dann eine Frequenz ab, die umgekehrt proportional zu der ersten Spannung und proportional zu dem Strom bzw. der zweiten Spannung ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Sicherheitsschaltung vorgesehen, deren Aufgabe es ist, das Schliessen der Gegenkopplungsschlaufe der Demodulatoranordnung nur zuzulassen, wenn die an den zweiten Eingang des Demodulators angelegte gespeicherte Spannung das richtige Vorzeichen hat, um so zu verhindern, daß die Phasenregelschaltung aus ihrem Fangbereich heraus gerät.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild der Demodulatoranordnung mit ihrer Gegenkopplungsschlaufe;

Fig. 2 ein vollständiges Schaltbild der Phasenregelschlaufe mit einer Sicherheitsschaltung; und

Fig. 3 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise.

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Grundschaltung der Anordnung. Dieses vereinfachte Schaltbild kann durch Weiterbildungen ergänzt· werden, die anhand der übrigen Figuren später erläutert werden.

Ein Demodulator 1 umfaßt im wesentlichen eine Phasenregelschlaufe und empfängt an seinem Eingang E- eine Frequenz F und gibt an seinem Ausgang S eine Spannung V ab, für die gilt:

V = KF.

Um einen stabilen Schwarzpegel und stabile Farben zu erhalten, ist es bei einem SECAM-Fernsehsystem erforderlich, daß der Koeffizient K stabil und präzise bestimmt ist. Dies kann erreicht werden, indem der Demodulator mit diskreten Bauteilen sehr hoher Präzision aufgebaut wird oder indem ein Abgleich vorgenommen wird. Im Hinblick auf die Integration der Schaltkreise ist dies jedoch nicht vorteilhaft, denn externe Bauteile sind teurer und benötigen ein Gehäuse der integrierten Schaltung mit mehr Anschlüssen, das folglich ebenfalls teurer ist.

Um den Mangel der ungenügenden Präzision des Koeffizienten K

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zu beheben/ wird während der "Totzeiten", z.B. Zeilen- oder Bildrücklauf, eine Gegenkopplung mit Hilfe einer Bezugsfrequenz durchgeführt, die von einem Quarz abgeleitet ist. Eine sehr präzise Frequenz zu gewinnen ist einfach und kostengünstig, wenn sie aus weit verbreiteten Quarzen abgeleitet wird, wie sie für Fernsprechanwendungen oder als interne Frequenznormen bei bestimmten Fernsehsystemen verwendet werden; eine Quarzfrequenz f von 4,43 MHz ist bei diesem Ausführungsbeispiel besonders günstig. . ' .

Der erfindungsgemäße Demodulator weist einen zweiten Eingang E₂ auf, der eine Spannung U empfängt. Seine Ausgangsspannung ist bis auf einen Faktor gleich dem Produkt aus der Frequenz und der Spannung:

V = k FÜ,
worin V = KF, wenn kU = K gesetzt wird.

Der Koeffizient k hat die Dimension einer invertierten Frequenz und ist also, gleich-bedeutend mit einer Zeitkonstante. Der Koeffizient K ist konstant, wenn die Spannung U sich im entgegengesetzten Sinne wie k ändert. U ist die Spannung des Korrektursignals der Gegenkopplung.

Um K präzise zu bestimmen, wird die Quarz-Bezugsfrequenz f bei jedem Zeilen- oder Bildrücklauf auf den Eingang E- des Demodulators gegeben, anstelle der zu demodulierenden Frequenz F, und die Ausgangsspannung V wird mit einer .Bezugsspannung verglichen. Die Anordnung wird auf diese Weise geeicht, und die Korrekturspannung wird gespeichert.

Fig. 1 zeigt einen Demodulator 1, der zwei Eingänge E- und E₂ sowie einen Ausgang S aufweist. Ein elektronischer Umschalter 2 verbindet den Eingang E^ mit einer Spannung aus einem Quarzoszillator 3, der die Bezugsfrequenz f liefert, oder mit dem zu demodulierenden Signal F. Der Ausgang S ist mit dem ersten

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Eingang eines Gegenkopplungsverstärkers 4 verbunden, dessen Ausgang über einen elektronischen Schalter 5 an den Eingang E₂ angelegt ist. Der Eingang E₂ ^ist ferner über einen Speieherkondensator C mit Masse verbunden. Der Ausgang S ist ferner mit einem Eingang eines elektronischen Umschalters 6 verbunden» Der zweite Eingang des Verstärkers 4 empfängt eine Bezugsspannung V_ref, wovon ein Teil (V_n) über ein Potentiometer 15 an einen zweiten Eingang des elektronischen Umschalters 6 angelegt wird. Die Schalter 2, 5 werden durch einen Zeilen- oder Bildrücklaufimpuls gesteuert, der an einen Eingang P der Schaltung angelegt wird. Das Signal am Eingang E₂ ist eine Korrekturspannung, die von dem Kondensator C gespeichert wird. Der Teil V_n der Bezugsspannung entspricht dem Schwarzpegel des Chrominanzsignals, das von dem Demodulator empfangen wird.

Um die Arbeitsweise der Schaltung zu erläutern, wird im folgenden davon ausgegangen, daß alle Schalter in Fig. 1 und den übrigen Figuren in folgenden Stellungen sind:

- in Stellung "O" während der Demodulation;

- in Stellung "1" während der Regelung.

Während der Dauer der Regelung, also während des Bild- (oder Zeilen-)rücklaufs gilt:

- Die Bezugsfrequenz f wird zu dem Demodulator übertragen?

- die Fehlerspannung U hat einen solchen Wert, daß die Ausgangs" spannung V des Demodulators gleich V^ ist, weil der Verstärker 4 eine sehr hohe Verstärkung hat und seine Verschiebespannung (offset voltage) praktisch gleich Null ist. Es^'gilt dann;

v = v_ref = kuf_{q a}

u-

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Während der Dauer der Demodulation gilt:

. - die zu demodulierende Frequenz F wird dem Demodulator zugeführt;

- der Schalter 5 befindet sich in Stellung ¹¹O" und trennt den Kondensator C ab, der den Spannungswert ü speichert, es gilt:

^Vref

Die Ausgangsspannung des Demodulators ist dann:

V= kUF,

worin V = k-§~ F = -p£ _F = _KF. ^kfq ^£q

Der Koeffizient K ist genau bestimmt, denn er ist gleich einer Bezugsspannung, dividiert durch eine Eichfrequenz.

Die Bezugsspannung muß nicht einmal genau sein, denn hinter dem Demodulator befindet sich ein sogenannter Bereinigungsoder Einführungskreis, durch den der Schwarzpegel V„ während der ersten 10 Mikrosekunden jeder Zeile wieder in das Signal eingefügt wird. Diese Wiedereinführung erfolgt an dem Umschalter 6· in Fig. 1. Da dieselbe Spannung V_re^ zum Demodulieren der Chrominanzsignale und zur Wiedereinfügung des Schwarzpegels dient, der durch den Spannungsteiler 15 gewonnen wird, wirkt sich eine fehlende Präzision des Bezugswertes nicht aus, und die Farben sind stabil: V * und V_n ändern sich in demselben Sinne, ohne dabei die Relativpegel für Schwarz und die demodulierte Farbe zu verändern.

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Die vorstehende Erläuterung der Arbeitsweise geht davon aus, daß die Phasenregelschlaufe die Eingangsfrequenz F "verriegelt" hat und daß die Frequenz des Oszillators gleich der Eingangsfrequenz am Phasenkomparator ist.

Fig. 2 zeigt zusätzlich zu den Elementen in Fig. 1 insbesondere eine digital bzw. logisch organisierte Sicherheitsschaltung, die verhindert, daß die Phasenschlaufe während der Tastung "ausrastet".

Der Demodulator 1 ist eine Phasenregel- bzw. -verriegelungsschlaufe, die gebildet ist aus einem Phasenkomparator 7 und einem spannungsgesteuerten Oszillator 8. Der Phasenkomparator gibt eine Spannung ab, wenn eine Abweichung zwischen seinen Eingangssignalen vorhanden ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator ist z. B. ein Multivibrator, der durch lineares Aufladen und Entladen eines Kondensators zwischen zwei Spannungspegeln verwirklicht wird: Dieser Kondensator wird mit konstantem Strom geladen und entladen, und zwar jeweils bis er einen hohen Pegel bzw. einen niedrigen Pegel erreicht. Ein Pegeldetektor löst den Vorzeichenwechsel des Stromes aus, wenn"der niedrige bzw. hohe Pegel erreicht ist, so daß die Ladung und die Entladung sich mit konstanter. Frequenz wiederholen. Diese Frequenz ist proportional zur Amplitude des Lade- und Entladestromes; sie ist umgekehrt proportional der Differenz zwischen hohem und niedrigem Pegel. Die Steuerspannung U (aus dem Speicherkondensator C) definiert diese Differenz. Die Ausgangsspannung V des Phasenvergleichers definiert (proportional) den Lade- und Entladestrom, z.B. über einen Widerstand in Reihe mit einem Transistor, und indem ein Stromspiegeltransistor in Reihe mit dem Kondensator verwendet wird.

Es besteht die Möglichkeit, daß die in dem Kondensator C gespeicherte Spannung nicht die richtige Polarität hat, um die Frequenzabweichung des Kondensators 8 zu korrigieren. In diesem Falle gibt der Oszillator eine Frequenz ab, die außerhalb

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des Fangbereiches liegt, der durch die Verstärkung des Phasenkomparators 7 festgelegt wird. Die Phasenregel-schlaufe kann dann nicht arbeiten, und die Anordnung bleibt in diesem Zustand blockiert. Dieser Zustand kann entweder beim Einschalten auftreten oder durch ein Störsignal während des Betriebs verursacht werden.

Die Sicherheitsschaltung umfaßt einen Unterbrecher 9, der zwischen· den Kondensator C und den Eingang E₂ des Oszillators 8 eingefügt ist. Dieser Unterbrecher wird von einer Schaltung gesteuert, die Komparatoren 10 und 11, eine Komplement-Exklusiv-OR-Schaltung (bzw. einen Multiplizierer) 12, eine AND-Schaltung 14 und eine RS-Kippschaltung 13 umfaßt. Der Komparator 10 empfängt zum einen die Spannung am Kondensator C und zum anderen eine Bezugsspannung. Der Komparator 11 empfängt zum einen das Ausgangssignal des Verstärkers 4 und zum anderen eine Bezugsspannung. Die Ausgänge der Komparatoren 10, 11 sind an die Schaltung 12 angelegt, deren Ausgang mit einem Eingang der AND-Schaltung 14 verbunden ist. Der andere Eingang dieser AND-Schaltung 14 empfängt ein Sperrsignal In. Der Ausgang der Schaltung 14 ist an den Eingang S der RS-Kippschaltung 13 angelegt, deren Eingang R das Signal am Anschluß P (Zeilen- oder Bild-Rücklauf) empfängt. Der Ausgang dieser Kippschaltung 13 steuert den Unterbrecher 9.

Die in Fig. 2 gezeigte Digitalschaltung ermöglicht es, mittels des Unterbrechers 9 die Verbindung zwischen dem Speicherkondensator C und dem Eingang E₂ des Oszillators aufzuheben und erst wieder herzustellen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Zu Anfang der Tastperiode ist also der Unterbrecher 9 geöffnet, und er wird wieder geschlossen, wenn die Ladung des Speicherkondensators C den richtigen Sinn hat, um die Verstärkungsabweichung des Demodulators in bezug auf die durch die Bezugsfrequenz festgelegte Verstärkung zu kompensieren.

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Das Vorzeichen der Ladung des Kondensators C in bezug auf eine Bezugsspannung wird mit dem Vorzeichen der Differenz zwischen der Ausgangs spannung V und eier Bezugsspannung verglichen, also mit dem Fehlersignal am Ausgang des Gegenkopplungsverstärkers 4. Der ünterbrec her 9 wird so lange offen gehalten, wie die Vorzeichen unterschiedlich sind, wodurch die Schlaufe einrasten kann. Durch das Einrasten der Schlaufe kann wiederum der Kondensator C die richtige Ladung annehmen. Wenn der Vorzeichenunterschied verschwindet, wird der Unterbrecher 9 geschlossen, und zwar durch später erläuterte Einrichtungen. Der Kondensator C nimmt dann die Ladung an, die erforderlich ist, um den Sollwert der Verstärkung zu erreichen, und die Anordnung ist dann zum Demodulieren bereit.

Die beiden Vorzeichen, nämlich dasjenige des Kondensators C und das des Fehlersignals, werden der beiden Komparatoren 10, 11 entnommen. Der Komparator 10 liefert digital "O" oder "1", je nach dem Vorzeichen der Differenz zwischen der Spannung am Kondensator C und einer Bezugsspannung. Der Komparator 11 liefert digital "0" oder "1", je nach dem Vorzeichen der Differenz zwischen der vom Verstärker 4 abgegebenen Fehlerspannung und einer Bezugsspannung. Wenn die beiden Vorzeichen gleich sind, liefert die Schaltung 12 eine "1", und der Unterbrecher 9 wird geschlossen; wenn die beiden Vorzeichen verschieden sind, liefert die Schaltung 12 eine "O", und der Unterbrecher 9 bleibt geöffnet.

Das Schließen des Unterbrechers 9 wird über die RS-Kippschaltung 13 erreicht, die also auf O und auf 1 rückgesetzt werden kann (set und reset). Diese Kippschaltung wird an ihrem ersten Eingang R (reset) durch den Bildrücklaufimpuls angesteuert, der am Anschluß P abgegriffen wird, und wird an ihrem zweiten Eingang S (set) durch das Signal gesteuert, das die Schaltung 12 abgibt, und zwar über die AND-Schaltung

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14. Durch einen übergang von "O" auf "1" am R-Eingang wird der Ausgang der Kippschaltung auf "O" gebracht (Unterbrecher 9 bleibt offen). Ein Übergang von "O" zu "1" am Eingang S bringt den Ausgang der Kippschaltung in den Zustand "1" (Unterbrecher 9 ist geschlossen).

Die zwischen der Schaltung 12 und der RS-Kippschaltung 1.3 angeordnete AND-Schaltung 14 verhindert jede unvorhergesehene Arbeitsweise. Sie läßt das Ausgangssignal der Schaltung 12 nur dann zu der RS-Kippschaltung durch, wenn ein digitales Signal "1" an ihrem zweiten Eingang vorhanden ist. Solange das Sperrsignal In auf "O" ist, blockiert die AND-Schaltung 14 die Funktion der RS-Kippschaltung 13.

Bei der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Schaltung wird die erste digitale "1", die am Ausgang der Schaltung 12 erscheint, in der Kippschaltung gespeichert und gibt die Schließung des Unterbrechers 9 frei. Wenn dann anschließend die Ausgangsspannung V des Demodulators gleich der Bezugsspannung Vf wird, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 gleich Null (oder praktisch gleich Null), wodurch der Ausgang der Schaltung 12 unbestimmt wird; der Unterbrecher 9 wird jedoch durch die RS-Kippschaltung geschlossen gehalten.

Die Diagramme in Fig. 3 erleichtern das Verständnis der Arbeitsweise. Auf der Abszisse ist jeweils die Zeit aufgetragen, während auf der Ordinate Pegeländerungen aufgetragen sind, die entweder die Zustandsänderung eines Ereignisses oder den Übergang von einem Digitalpegel zu einem anderen Digitalpegel (z.B. von O auf 1) bedeuten..

Das Diagramm a der Fig. 3 zeigt den Bildrücklauf zwischen den Zeitpunkten t- und t-,. Das Diagramm b der Fig. 3 zeigt die Zeitspanne, während der die Quarzfrequenz f verfügbar ist. Das Diagramm c der Fig. 3 zeigt den Tastimpuls: er entspricht dem Bildrücklauf, während welchem die Regelschlaufe bzw. die

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Gegenkopplung durch Ladung oder Entladung des Kondensators C in den Gleichgewichtszustand gelangt.

Das Diagramm d der Fig. 3 zeigt den Zustand des Sperr-Eingangssignals In und läßt erkennen, daß die Kippschaltung 13, die an der Vorderflanke des Bildrücklaufs (Unterbrecher 9 geöffnet) den Zustand "O" angenommen hat, in diesem Zustand wenigstens während der Dauer zwischen den Zeitpunkten t- und to verbleibt, wodurch der Modulator genügend Zeit hat, um auf der Quarzfrequenz verriegelt zu werden.

Das Diagramm e der Fig. 3 zeigt die Ladung des Kondensators C. Sobald das Vorzeichen der Spannung U richtig ist, gelangt die Kippschaltung 13 durch den übergang der ExklusivrOR-Schaltung 12 von O auf 1 in den Zustand "1", wodurch die Schlaufe durch den Unterbrecher 9 geschlossen wird. Die Ladung des Kondensators C dauert an, bis die Spannung V_ref am Ausgang erreicht ist, entsprechend der Korrekturspannung U am Eingang E2 des Demodulators.

Das Diagramm f der Fig. 3 zeigt den Zustand des Ausgangs der Schaltung 12.

Das Diagramm g der Fig. 3 zeigt das Ausgangssignal der Kippschaltung 13, also den Zustand des Unterbrechers 9. Die Kippschaltung13 wird am Anfang des Bildes auf Null gesetzt, und dann durch den letzten übergang der Schaltung 12 und des Sperrsignals In von Q auf 1 auf den Wert "1" gesetzt.

Schließlich gibt es Fälle, bei denen die Anordnung den Diagrammen der Fig. 3 nicht genau folgt:

Im ersten Fall kann der Kondensator C eine Ladung aufweisen, die weit entfernt von der richtigen Ladung ist, z.B. beim Einschalten. Die Schaltung 12 kann während mehrerer Bilder

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auf Null bleiben, und die Diagramme der Fig. 3 zeigen dann nur den Endteil des Vorgangs.

In einem zweiten Fall ist der Ausgang der Schaltung 12 auf logisch "1", wobei sie diesen Zustand während der vorhergehenden Bildrückläufe angenommen hatte. Die Kippschaltung wird dann durch den übergang des Sperrsignals von O auf 1 auf den Wert "1" gesetzt, wie das Diagramm g der Fig. 3 zeigt.

Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet im Vergleich zur beschriebenen Funktionsweise auch im umgekehrten Sinne, d.h. im Sinne der Umsetzung der Spannung in eine Frequenz, insbesondere zur Verwirklichung von SECAM-Codierern, die in Fernsehkameras und Magnetoskopen verwendet werden. Die Anordnung ist zur Verwirklichung in der Technik integrierter Schaltungen auf einem Halbleiterkristall geeignet, wobei der Quarz und der Kondensator C die einzigen Bauteile sind, die extern von der integrierten Schaltung angeordnet sind.

Eine besondere Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung sind Demodulatoren für Chrominanzsignale in SECAM-Farbfernsehsystemen. Jeglicher Abgleich und Driftprobleme werden bei solchen integrierten Demodulatoren vermieden. Insbesondere ist eine Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung bei einem Demodulator vorgesehen, der aus einer Phasenregelschlaufe gebildet ist, für die folgende weitere Vorteile erreicht werden:

- Die Steigung der Demodulationskennlinie und der Fangbereich können leicht auf eine Normfrequenz bzw. Eichfrequenz (z.B. Quarzoszillator) festgelegt werden;

- der Fangbereich ist dabei stets genau zentriert, selbst wenn die Bauteile eine geringe Präzision aufweisen, nämlich auf das zu demodulierende Frequenzband zentriert, wobei die

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Verstärkung bei offener Schlaufe vermindert werden kann, wodurch verhindert wird, daß in der übertragungsfunktion Pole auftreten, die für die Dämpfung der ImpuIsantwort schädlich sind.

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■Μ-

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE .

( 1./Frequenzdemodulationsanordnung zur Erzeugung einer zu einer Frequenz proportionalen Spannung, gekennzeichnet durch:

- einen Demodulator (1) mit einem ersten Eingang (E1) zum Empfangen einer zu demodulierenden Frequenz, einem zweiten Eingang (E2) zum Empfangen einer Korrektruspannung und einem Ausgang (S), der eine Spannung liefert, die proportional der Frequemz am ersten Eingang und der Spannung am zweiten Eingang ist;

- eine Gegenkopplungsschlaufe zwischen dem Ausgang des Demodulators und seinem zweiten Eingang, wobei diese Schlaufe einen Verstärker (4) mit zwei Eingängen umfaßt, deren erster das Ausgangssignal des Demodulators und deren zweiter eine Bezugsspannung empfängt, und wobei die Schlaufe ferner eine mit dem zweiten Eingang des Demodulators verbundene Speichereinrichtung (C) zum

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Speichern der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers umfaßt;

- einen Oszillator (3), der eine Bezugsfrequenz liefert;

- eine Tasteinrichtung (2, 5, 6), die zu den Tastzeitpunkten die Bezugsfrequenz an den ersten Eingang des Demodulators anlegt und die Gegenkopplungsschlaufe schließt und außerhalb dieser Zeitpunkte die zu demodulierende Frequenz an den ersten Eingang des Demodulators anlegt und die Gegenkopplungsschlaufe öffnet.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator einen Phasenvergleicher (7) mit zwei Eingängen und einen Oszillator (18) umfaßt, dessen Frequenz durch zwei Spannungen steuerbar ist.-und der an zwei Eingängen Spannungen empfängt und eine Ausgangsfrequenz liefert, die proportional zu dem Verhältnis dieser beiden Spannungen ist, wobei der eine Eingang des Phasenvergleichers den genannten ersten Eingang des Demodulators bildet und der andere Eingang mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist, und wobei der eine Eingang des Oszillators den genannten zweiten Eingang des Demodulators bildet und der andere Eingang mit dem Ausgang des Phasenvergleichers verbunden ist, der auch den Ausgang des Demodulators bildet.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein Kippschwinger ist, der Mittel zum Aufladen und Entladen eines Kondensators zwischen zwei Spannungspegeln umfaßt,'wobei der Unterschied zwischen diesen Spannungspegeln, definiert ist durch die Spannung, die an dem einen Eingang des Oszillators vorhanden ist, und daß der Lade- und Entladestrom des Kondensators definiert ist durch die Spannung, die an dem anderen Eingang des Oszillators vorhanden ist, derart, daß die Oszillatorfrequenz proportional dem Verhältnis der beiden Eingangsspannungen des Oszillators ist.

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4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Potentiometer wirksamer Präzisionsspannungsteiler, der die Bezugsspannung empfängt, und ein Unterbrecher vorgesehen sind, der durch die Tasteinrichtung gesteuert ist und geeignet ist, während der

Tastzeitpunkte an den Ausgang der Demodulationsanordnung die Ausgangsspannung des Spannungsteilers und außerhalb dieser Zeitpunkte das. Ausgangssignal des Demodulators anzulegen. ■_..-.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung ein Kondensator ist, der außerhalb der . Tastzeitpunkte durch die Tasteinrichtung aus der Gegenkopplungsschlaufe entfernt werden

• kann.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5-, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitsschaltung vorgesehen ist, deren Funktion darin besteht, das Schließen der Gegenkopplungsschlaufe der Demodulationsanordnung nur zuzulassen, wenn die an den zweiten Eingang des Demodulators angelegte gespeicherte Spannung die richtige Polarität hat, und die auf diese Weise verhindert, daß der Phasenregelkreis aus dem Fangbereich heraus gerät.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungsschlaufe durch die Sicherheitsschaltung bei jedem Tastzyklus nach Messung des Vorzeichens der Kondensatorladung in bezug auf das Vorzeichen der Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgang des Demodulators und der Bezugsspannung geöffnet und dann wieder geschlossen wird, und daß die Sicherheitsschaltung umfaß t:

- zwei Vergleicher, welche die Ausgangsspannung bzw. die gespeicherte Spannung mit Bezugsspannungen vergleichen und logische Vorzeichenpegel liefern;

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- eine Komplement-Exklusiv-OR-Schaltung, deren Ausgang

auf logisch "1" ist, wenn die zwei Vorzeichen gleich sind;

- eine AND-Schaltung, deren einer Eingang das von der Exklusiv-OR-Schaltung abgegebene logische Signal und deren anderer Eingang ein logisches Sperrsignal empfängt, das mit Verzögerung in bezug auf das Tastsignal ankommt, wobei diese Verzögerung ausreicht, um das Einrasten der Phasenregelschlaufe zu gewährleisten;

- eine RS-Kippschaltung, deren R-Eingang den Tastimpuls und deren S-Eingang das von der AND-Schaltung abgegebene logische bzw. digitale Signal empfängt, und deren Ausgemg den dritten Schalter steuert, der die Gegenkopplungsschlaufe wieder schließt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in integrierter Form auf einem Halbleiterkristall verwirklicht ist, und daß die einzigen externen Elemente der die Bezugsfrequenz liefernde Oszillator und die Speichereinrichtung sind.
9. Anordnung nach nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Demodulationsschaltung für die Chrominanzsignale in einem Farbfernsehempfänger bildet, wobei die

T.astZeitpunkte durch das Zeilenrücklaufsignal festgelegt sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Demodulationsschaltung der Chrominanzsignale in einer Farbfernsehkamera bildet.

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