DE3130863A1 - Rundfunkempfaenger - Google Patents

Description

Henket Kern, Feier fr HSn₃(BTf : J :J " :j .:. Patentanwälte

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4. August 1981 FAM-5163

Rundfunkempfänger

Die Erfindung betrifft einen Rundfunkempfänger, insbesondere ein sog. Autoradio, zum Empfangen einer Funkwelle von einer Rundfunkstation bzw. einem Sender und zum Erfassen des Empfangsstatus bzw. -pegels einer; Funkwelle von einem anderen Sender während des Empfangs der ersten Funkwelle.

Rundfunkempfänger der angegebenen Art, die beispielsweise in Kraftfahrzeuge eingebaut sind, können normalerweise eine Funkwelle, etwa eine"UKW- bzw. FM-Rundfunkwelle, von einem Sender gut empfangen, solange sie sich innerhalb seines Sendebereichs befinden. Wenn der Rundfunkempfänger jedoch den Sendebereich verläßt, verschlechtert sich der Empfang. In diesem Fall wird es nötig, anstelle des bisher empfangenen Senders einen anderen Sender mit gutem Empfangspegel einzustellen. Sooft der Empfangspegel sich verschlechtert, muß daher der Benutzer des Geräts einen anderen Sender wählen bzw. einstellen.

In Europa gibt es beispielsweise Gebiete, in denen mehrere Sender, die ein gemeinsames Rundfunkprogramm auf verschiedenen Frequenzen übertragen, verteilt sind. In diesen Gebieten wird vorausgesetzt, daß der Benutzer des Geräts einen Sender (im folgenden auch als "eingestellter Sender" bezeichnet) einstellt, indem er nacheinander die Empfangsgüte bzw. den Empfangspegel der Funkwellen von mehreren Sendern prüft, die ein gemeinsames Rundfunkprogramm auf verschiedenen Frequenzen übertragen. Wenn sich der Empfang des eingestellten Senders verschlechtert, kann der Benutzer den Rundfunkempfänger auf einen einen guten Empfang liefernden Sender neu einstellen.

Es wurden bereits Rundfunkempfänger mit zwei darin vorgesehenen Abstimmgeräten bzw. Tunern vorgeschlagen, von denen der eine auf die Funkwelle des eingestellten Senders abgestimmt ist, während der andere Tuner zur Erfassung des Empfangspegels eines anderen Senders auf diesen abgestimmt ist. Nachteilig an derartigen Rundfunkempfängern ist jedoch, daß sie teuer sind und große Abmessungen besitzen und daß eine einzige Antenne für die beiden Tuner benutzt wird, um selektiv zwei verschiedene Rundfunkwellen zu empfangen, wodurch die Empfindlichkeit der Antenne beeinträchtigt wird.

Zur Lösung dieses Problems ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Rundfunkempfänger mit einem einzigen Tuner die Rundfunkwelle bzw. das Programm des eingestellten Senders empfängt, während durch Austastung des Empfangs des eingestellten Senders während einer außerordentlich kurzen Zeitspanne der Empfangspegel eines anderen Senders innerhalb dieser Zeitspanne erfaßt bzw. geprüft werden kann.

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Ein Rundfunkempfänger, welcher den der Erfindung zugrundeliegenden Stand der Technik darstellt, umfaßt beispielsweise eine übliche Überlagerungsempfängereinheit mit einer Austast- bzw. Stummschaltung, einen digitalen Normalfrequenzgenerator in Form einer phasenstarren Schleife mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der an einen in der Überlagerungsempfängereinheit angeordneten Frequenzmischer angeschlossen ist, und an den dessen Ausgang über einen Vorteiler rückgekoppelt ist, einen programmierbaren (Frequenz-)Teiler, einen mit einer Bezugsfrequenz gespeisten Phasendetektor sowie ein Schleifenfilter (loop filter).

Im Betrieb liefert eine Steuereinheit zunächst ein Frequenzteilungsverhältnis für die eingestellte Station zum programmierbaren Teiler, um die phasenstarre Schleife auf der Frequenz des eingestellten Senders zu verriegeln. Daraufhin empfängt der Rundfunkempfänger die Funkwelle des eingestellten Senders, indem der spannungsgesteuerte Oszillator die für diesen Zweck erforderliche Empfangsschwingungsfrequenz erzeugt. Sodann wird der dabei festgestellte Empfangspegel erfaßt bzw. gemessen und gespeichert.

Wenn während des Empfangs des eingestellten Senders der Empfangspegel eines anderen Rundfunksenders abgegriffen oder gemessen werden soll, liefert die Steuereinheit einenStummschaltungsimpuls mit außerordentlich kurzer Dauer zur Stummschaltung, um deren Ausgangssignal auszutasten, während die Steuereinheit gleichzeitig einen Regelband-Änderungsimpuls an das Schleifenfilter anlegt, um dessen Zeitkonstante zu verringern und dabei die Mitnahme bzw. Verriegelung der phasenstarren Schleife

zu beschleunigen. Gleichzeitig liefert die Steuereinheit auch ein Frequenzteilungsverhältnis für den anderen Sender, um den Empfänger auf beschriebene Weise auf diesen Sender abzustimmen. Der anliegende Empfangspegel wird dabei abgegriffen bzw. gemessen und mit dem gespeicherten Empfangspegel verglichen. Wenn bei dem eingestellten Sender ein höherer Empfangspegel festgestellt wird als beim anderen Sender, liefert die Steuereinheit das Frequenzteilungsverhältnis für den eingestellten Sender zum programmierbaren Teiler, damit der Empfänger den eingestellten Sender empfangen kann.

Der Wechsel zwischen dem eingestellten und dem anderen Sender bzw. die Rückführung vom anderen Sender auf den eingestellten Sender muß innerhalb einer sehr kurzen Dauer des Austast- bzw. Stummschaltungsimpulses erfolgen, wobei diese Dauer, wie Versuche gezeigt haben, zur Gewährleistung eines zufriedenstellenden Ergebnisses 5 ms oder weniger betragen muß, da anderenfalls der Wechsel vom menschlichen Gehör feststellbar ist.

Zur Verkürzung der Zeitspanne, während welcher der Empfang des eingestellten Senders unterdrückt wird, ist es erforderlich, einen Frequenzteiler bzw. den Reziprokwert des Frequenzteilungsverhältnisses des Vorteilers sowie des programmierbaren Teilers zu verkleinern und die Bezugsfrequenz zu erhöhen, bis sich dies als Ergebnis einer mathematischen Untersuchung der phasenstarren Schleife ergeben hat.

Der größte Teil der bei den bisherigen phasenstarren Schleifen für das FM-Band verwendeten integrierten Schaltungselemente besitzt eine Vorteiler-Frequenzteilergröße

von nicht unter IO und eine Bezugsfrequenz von nicht mehr als 5 kHz, bedingt durch die Fertigungsverfahren. Die bisherige phasenstarre Regelschleife ist daher insofern nachteilig/ als ihre Ansprechzeit vergleichsweise lang ist und damit die Zeitspanne verlängert wird, während welcher der Empfang eines eingestellten, augenblicklich empfangenen Senders unterdrückt wird bzw. aussetzt.

Wenn zudem die phasenstarre Regelschleife eine hohe Eigenwinkelfreguenz besitzt, verkürzt sich ihre Mitnahmebzw. Fangzeit, was zu verstärktem "Zittern" des als Empfangsoszillator dienenden spannungsgesteuerten Oszillators führt. Infolgedessen verschlechtert sich der Rausch- bzw. Geräuschspannungsabstand des Empfängers.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines verbesserten Rundfunkempfängers mit einer phasenstarren Regelschleife, die eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit besitzt und außerordentlich schnell auf die Frequenz eines Senders mitzieht, auf den nach der Unterdrückung des Empfangs des vorher empfangenen, eingestellten Senders umgeschaltet worden ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Rundfunkempfänger, der bei einer Ortsveränderung (insbesondere in einem Fahrzeug) selektiv ein von mindestens zwei voneinander entfernten Rundfunk-Sendern gemeinsam auf verschiedenen Frequenzen ausgestrahltes Rundfunkprogramm zu empfangen vermag erfindungsgemäß gelöst durch ein Abstimmgerät bzw. einen Tuner und eine Empfangsoszillatorschaltung, die eine phasenstarre Regelschleife mit einem spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, durch einen Vorteiler, dessen Frequenzteilungsverhältnis wahlweise zwischen zwei verschiedenen Größen änderbar ist und der eine Frequenzteilung

eines Schwingungsausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators bewirkt, durch eine erste Frequenzteileinheit mit einem einstellbaren Frequenzteilungsverhältnis zur Frequenzteilung eines mit der ersten Größe des Frequenzteilungsverhältnisses des Vorteilers frequenzgeteilten Ausgangssignals mit dem eingestellten Frequenzteilungsverhältnis, um das Frequenzteilungsverhältnis des Vorteilers mit einem frequenzgeteilten Ausgangssignal der ersten Frequenzteilereinheit zu ändern, durch eine ein einstellbares Frequenzteilungsverhältnis besitzende zweite Frequenzteileinheit, die eine Frequenzteilung der mit den ersten und zweiten Größen des Frequenzteilungsverhältnisses des Vorteilers frequenzgeteilten Ausgangssignale mit dem eingestellten Frequenzteilungsverhältnis bewirkt, durch einen Phasendetektor, der ein Bezugssignal und ein Ausgangssignal von der zweiten Frequenzteileinheit abnimmt, durch ein Schleifenfilter (loop filter), um ein Ausgangssignal des Phasendetektors als Steuerspannung zum spannungsgesteuerten Oszillator zu liefern (for imparting), durch eine erste Steuereinheit zum Abstimmen des Tuners auf die Frequenz des zweiten Rundfunksenders für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne während des Empfangs des ersten Senders, durch eine Pegelvergleichseinheit zum Vergleichen eines ersten Empfangspegels, bei dem der Tuner auf die Frequenz des ersten Senders abgestimmt ist, mit einem zweiten Empfangspegel, bei der Tuner auf die Frequenz des zweiten Senders abgestimmt ist, und durch eine zweite Steuereinheit, die auf einen zweiten Empfangspegel, der gemäß der Bestimmung durch die Pegelvergleichseinheit größer ist als der erste Empfangspegel, anspricht und die Abstimmung des Tuners auf die Frequenz des betreffenden Rundfunksenders ändert.

Vorzugsweise kann das Schleifenfilter eine Schleifenzeitkonstanten-Änderungseinheit zur Verkürzung der Zeitkonstante der phasenstarren Regelschleife während der vergleichsweise kurzen Zeitspanne aufweisen.

Vorteilhaft kann der Rundfunkempfänger auch eine Stummschaltungseinrichtung zur Unterdrückung bzw. Austastung eines Tonausgangssignals während der vergleichsweise kurzen Zeitspanne aufweisen.

In spezieller Ausführungsform wird mit der Erfindung ein Rundfunkempfänger mit einem Empfangsschwingungs- bzw. -oszillatorkreis mit digitalem Frequenzsynthesizer bzw. Normalfrequenzgenerator mit phasenstarrer Regelschleife geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Befehls-Frequenzänderungseinheit zur Anweisung einer Änderung einer Empfangsfrequenz und eine auf die Anweisung dieser Einheit ansprechende Schleifenzeitkonstanten-Änderungseinheit zur Verkleinerung einer Zeitkonstante der phasenstarren Regelschleife zwecks Verkürzung einer Zeitspanne, in welcher diese Regelschleife auf eine zu ändernde Empfangsfrequenz verriegelt bzw. mitgezogen (locked) wird, vorgesehen sind.

Vorteilhaft enthält die Schleifenzeitkonstanten-Jinderungseinheit in der phasenstarren Regelschleife angeordnete Widerstandsmittel sowie einen Analogschalter, der auf einen Befehl von der Befehls-Frequenzänderungseinheit anspricht.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Rundfunkempfängers als Beispiel für den Stand der Technik, welcher der Erfindung zugrundeliegt,

Fig. 2 ein Schaltbild des Schleifenfilters gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines"Rundfunkempfängers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Wellenformdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Stummschaltungs- bzw. Austastimpulen, die der Stummscnaltung gemäß Fig. 1 eingespeist werden,

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Stummschaltung gemäß Fig. 3,

Fig. 6 ein Wellenformdiagramm einer Oszillatorbzw. Schwingungsspannung vom spannungsgesteuerten Oszillator gemäß Fig. 3 zur Erläuterung der Ankopplung bzw.- Mitnahme der phasenstarren Regelschleife gemäß Fig. 3,

Fig. 7 ein Wellenformdiagramm eines Schleifenband-Änderungsimpulsos, der an das Schleifenfilter gemäß Fig. 3 anlegbar ist, und

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

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Fig. 1 veranschaulicht einen Rundfunkempfänger nach dem der Erfindung zugrundeliegenden Stand der Technik. Die dargestellte Anordnung umfaßt eine Antenne 10, einen Hochfrequenz-Verstärker 12 und einen Frequenzmischer 14, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei der Verstärker 12 und der Mischer 14 ein Abstimmgerät bzw. einen Tuner bilden. Der Frequenzmischer 14 ist an eine Reihenschaltung aus einem ZwiscHenfrequen-Verstärker 16, einem Detektor 18, einer Austast- bzw. Stummschalter 20, einem Niederfrequenz—Verstärker 22 und einem Lautsprecher 24 angeschlossen. Die Bauteile 12 bis 24 bilden dabei einen an sich bekannten Superheterodyn- bzw. überlagerungsempfänger.

Der Frequenzmischer 14 ist mit dem einen Eingang an den Hochfrequenzverstärker 12 und mit dem anderen Eingang an einen digitalen Frequenzsynthesizer bzw. Normalfrequenzgenerator angeschlossen, der durch eine phasenstarre Regelschleife gebildet wird, die ihrerseits einen spannungsgesteuerten Oszillator 26, einen Vorteiler 28, einen programmierbaren (Frequenz-)Teiler 30 einen Phasendetektor 32 und ein Schleifenfilter 34, die miteinander in Reihe geschaltet sind, sowie einen an den Phasendetektor 32 angeschlossenen Bezugsoszillator 36 umfaßt, wobei das Schleifenfilter 34 am Ausgang mit dem spannungsgesteuerten Oszillator 26 verbunden ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator 26 ist·mit dem anderen Eingang des Frequenzmischers 14 verbunden, so daß durch die Bauteile 28, 30, 32, 34 und 36 eine Empfangsoszillatorschaltung gebildet wird.

Die Anordnung umfaßt weiterhin eine Steuereinheit 38, die einerseits mit dem programmierbaren Teiler 30, dem

Schleifenfilter 34 und der Stummschaltung 20 und andererseits mit einem Empfangsfühler 40 verbunden ist, dessen Eingang sowohl mit dem Zwischenfrequenz-Verstärker 16 als auch mit dem Detektor 18 verbunden ist.

Die Steuereinheit 38, die einen Mikrorechner enthalten kann, vermag dem programmierbaren Teiler 30 die Daten für ein Frequenzteilungsverhältnis zuzuliefern. Die phasenstarre Regelschleife wird dabei auf eine durch diese Daten für das Frequenzteilungsverhältnis bestimmte Frequenz verriegelt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 26 erzeugt sodann eine Empfangsschwingungs- bzw. -oszillatorfrequenz, die durch das augenblicklich im programmierbaren Teiler 30 vorliegende Frequenzteilungsverhältnis bestimmt wird und die im vorliegenden Fall dem anliegenden bzw. eingestellten Sender zugewie-. sen ist. Der Frequenzmischer 14 spricht auf die an ihn angelegte Empfangsschwingungsfrequenz durch Abstimmung des Tuners auf die Frequenz des eingestellten Senders an.

Beim Empfang der Funkwelle des eingestellten Senders durch die Anordnung gemäß Fig. 1 wird der Empfangspegel dieses Senders durch den Empfangsfühler 40 abgegriffen bzw. gemessen und dann in einem nicht dargestellten Speicher gespeichert.

Während des Empfangs der eingestellten Station kann es sich als wünschenswert erweisen, den Tuner auf die Frequenz eines anderen Senders abzustimmen, der dasselbe Rundfunkprogramm ausstrahlt wie der eingestellte Sender. Zu diesem Zweck liefert die Steuerschaltung 38 einen Austastimpuls mit außerordentlich kurzer Dauer zur Stummschaltung 20. Hierdurch wird das Ausgangssignal der Stummschaltung 20 und daher das Tonausgangssignal des Lautsprechers 24 unterdrückt bzw. ausgetastet.

Gleichzeitig legt die Steuereinheit 38 ein Schleifenband-Änderungssignal (loop band changing signal) an das Schleifenfilter an, um einen in Fig. 2, welche die Einzelheiten des Schleifenfilters 34 veranschaulicht, dargestellten Analogschalter 42 zu schließen.

Gemäß Fig. 2 weist das Schleifenfilter 34 den normalerweise im Offenzustand befindlichen Analogschalter 42 auf, der mit einem Widerstand Rl parallelgeschaltet ist, welcher seinerseits über einen (weiteren) Widerstand R2 an einen Eingang eines Operationsverstärkers 44 angeschlossen ist. Letzterer enthält ein Rückkopplungsnetz aus einem Widerstand R3 und einem Kondensator, die in Reihe über Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers 44 parallelgeschaltet sind.

Beim Schließen des Analogschalters 42 wird der Widerstand Rl kurzgeschlossen, so daß nur der Widerstand R2 in die Reihenschaltung aus dem Widerstand R3 und dem Kondensator C eingeschaltet ist. Dies bedeutet, daß die phasenstarre Regelschleife die Zeitkonstante des Schleifenfilters verkürzt und dieses Beschleunigt in den Mitnahme- bzw. Fangzustand bringt.

Gleichzeitig mit der Anlegung des Austastsignals an die Stummschaltung 20 liefert die Steuereinheit 38 auch dem programmierbaren Teiler 30 die Daten eines Frequenzteilungsverhältnisses , die der Tuner für die Abstimmung auf die Frequenz eines anderen Senders benötigt. Die phasenstarre Regelschleife wird zur Verriegelung auf die Frequenz des anderen Rundfunksenders betätigt, bis der sparinungsgesteuerte Oszillator 26 eine durch das Frequenzteilungsverhältnis bestimmte Empfangsschwingungsfrequenz erzeugt. Der Tuner wird daher auf die Frequenz dieses anderen Senders abgestimmt, und der dabei anliegende Empfangspegel wird durch den Empfangsfühler 40 abgegriffen und

mit dem im genannten Speicher abgespeicherten Empfangspegel des vorher eingestellten Senders verglichen.

Wenn der Vergleich ergibt, daß der Empfangspegel der eingestellten Station höher ist als derjenige des anderen Senders, liefert die Steuereinheit 38 dem programmierbaren Teiler 30 die Frequenzteilungsyerhältnisdaten, die für den erneuten Empfang des eingestellten Senders nötig sind. Abschließend wird die phasenstarre Regelschleife auf vorher beschriebene Weise betätigt, wobei der Tuner bzw. das Abstimmgerät erneut auf die Frequenz des eingestellten Senders abgestimmt wird.

Aus den im folgenden zu beschreibenden Gründen muß eine Reihe bzw. Folge der vorstehend erläuterten Operationen innerhalb einer Zeitspanne durchgeführt werden, welche der außerordentlich schmalen Impulsbreite bzw. kurzen Dauer des der Stummschaltung 20 eingegebenen Austastimpulses entspricht. Eine Zeitspanne, während welcher der Empfang des eingestellten Senders unterbrochen wird, ist zu lang, um vom menschlichen Gehör nicht bemerkt zu werden, sofern nicht eine extrem kurze Zeitspanne zwischen der Unterbrechung des Empfangs des eingestellten Senders, gefolgt von der Abstimmung auf einen anderen Sender, zwecks Bestimmung seines Empfangspegels, und der Rückkehr von diesem anderen Sender auf den eingestellten Sender verstreicht. Verschiedene Versuche haben gezeigt, daß die ünterbrechungsZeitspanne zur Gewährleistung zufriedenstellender Ergebnisse praktisch im Millisekundenbereich liegen muß.

Es sei angenommen, daß M ein ganzzahliger (integral) Frequenzteiler bzw. der Reziprokwert eines Frequenzteilungsverhältnisses, mit N derjenige des programmierbaren Teilers 30, mit Fs eine Bezugsfrequenz des Fre-

quenzoszillators 36 und mit F eine Oszillator- bzw. Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 26 bzw. eine Empfangsschwingungsfrequenz bezeichnet sind. Die Empfangsschwingungsfrequenz F läßt sich sodann wie folgt ausdrücken:

F = MNFs (1)

Aus Gleichung (1) geht hervor, daß dann , wenn der Frequenzteiler N des programmierbaren-Teilers 30 in Schritten von "1" zunimmt, der digitale Normalfrequenzgenerator eine Schrittfrequenz entsprechend MFs besitzt. Wenn andererseits der Schleifenfilter 34 aus einem aktiven Filter mit hohem Gewinn, z.B. der in Fig. 2 dargestellten Art, hergestellt ist, besitzt der digitale Normalfrequenzgenerator eine Eigenwinkelfrequenz &>n und eine Dämpfungskonstante ξ , die sich wie folgt ausdrücken lassen:

/KoK
/ 1

^T2 /KoKd
2/ T^M

In obigen Gleichungen bedeuten Ko und Kd den Gewinn (Verstärkungsgrad) des spannungsgesteuerten Oszillators bzw. die Empfindlichkeit des Phasendetektors, während t* und ¹X = R_C oder (R + R)C bzw. RC bedeuten. Aus den Gleichungen (2) und (3) geht hervor, daß bei konstantbleibender Dämpfungskonstante ξ die Mitnahme- bzw. Fangzeit durch Vergrößerung der Eigenwinkelfrequenz <ü η kurzgehalten werden kann. Die Faktoren M, N und *V können

verkleinert werden, während die Faktoren Ko und Kd unverändert bleiben. Für eine konstante Empfangsschwingungsfrequenz (local oscillation frequency) erfordert eine Verkleiner der Größe MN eine Erhöhung der Bezugsfrequenz Fs.

Unter der Voraussetzung, daß ein Rundfunkempfänger der in Fig. 1 dargestellten Art für den europäischen UKW- bzw. FM-Bereich benutzt wird, gilt

MFs = 50 kHz (4)

weil (in Europa) die verschiedenen Sender in Schritten von 50 kHz voneinander getrennt sind. Gleichung (1) zeigt, daß die Bezugsfrequenz Fs zur Verringerung der Größe MN erhöht werden kann, während Gleichung (4) zeigt, daß zur Erhöhung der Bezugsfrequenz Fs der Faktor M verkleinert werden muß.

Der größte Teil der bei herkömmlichen phasenstarren Regelschleifen für das FM-Band verwendeten integrierten Schaltungselemente besitzt einen Faktor M von nicht weniger als 10 und eine Bezugsfrequenz von nicht mehr als 5 kHz, bedingt durch die jeweiligen Fertigungsverfahren. Mit anderen Worten: eine Bezugsfrequenz Fs von mehr als 5 kHz könnte nicht verwendet werden, so daß die Eigenwinkelfrequenz cjn nicht herabgesetzt werden kann, während trotz einer Verkleinerung des Faktors Έ. die Mitnahme- bzw. Fangzeit nicht verkürzt werden könnte. Diese Bedingungen führten (bisher) zu einer langen Ansprechzeit und demzufolge zu dem Nachteil, daß sich während des Empfangs eines eingestellten bzw. anliegenden Senders die Unterdrückungs- bzw. Unterbrechungszeitspanne verlängert.

Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Rundfunkempfängers mit einem digitalen Frequenzsynthesizer bzw. Normalfrequenzgenerator mit phasenstarrer Regelschleife, der bzw. die eine verkürzte Ansprechzeit besitzt, so daß er bzw. sie beim Wechsel von einer Frequenz eines Rundfunksenders auf die Frequenz eines anderen Senders außerordentlich schnell verriegelt bzw. mitzieht. ""

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Ausgangssignal eines spannungsgesteuerten Oszillators in einer phasenstarren Regelschleife eines Zweimodul-Vorteiler (two modulus prescaler) eingespeist, der sein Frequenzteilungsverhältnis von l/P auf 1/(P + 1) (mit P = eine ganze Zahl) und umgekehrt zu ändern vermag. Ein Teil, der mit dem Frequenzteilungsverhältnis 1/(P + 1) dieses Vorteilers dividierten Ausgangsfrequenz wird eine weitere Frequenzteilung mit einem extern eingestellten Frequenzteilungsverhältnis l/n durch einen Swallow-Zähler unterworfen. Sodann wird das einer Frequenzteilung durch η unterworfene Ausgangssignal dieses Zählers dem Zweimodul-Vorteiler eingegeben, um dessen Frequenzteilungsverhältnis auf l/P zu ändern. Andererseits wird der restliche Teil des Ausgangssignals dieses Vorteilers einem programmierbaren (Frequenz)Teiler" als zweite Zählereinheit eingegeben, um einerFrequenzteilung Np unterworfen zu werden. Da so frequenzgeteilte Ausgangssignal des programmierbaren Teilers wird an einen Phasendetektor angelegt, um diesen mit einer vergleichsweisen hohen Bezugsfrequenz zu speisen.

In Fig. 3, in welcher den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind, ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rundfunkempfängers im einzelnen veranschaulicht.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 nur dadurch, daß in Fig. 3 anstelle des Vorteilers 28 gemäß Fig. 1 ein Zweimodul-Vorteiler 28' vorgesehen ist, der mit einem Swallow-Zähler 46 eine Regelschleife bildet. Der Zähler 46 und der programmierbare Teiler 30 bilden eine Frequenzteileinheit 48.

Der Zweimodul-Vorteiler 28' ist so ausgelegt und gebaut, daß er auf ein frequenzgeteiltes Ausgangssignal vom Swallow-Zähler 46 hin sein Frequenzteilungsverhältnis, wie erwähnt, wahlweise zwischen den angegebenen Größen l/P und 1/(P + 1) (mit P = eine ganze Zahl) zu ändern vermag. Genauer gesagt: Der Vorteiler 28' vermag eine Frequenzteilung oder -division mit dem Frequenzteilungsverhältnis 1/(P + 1) bis zu einem Null-Inhalt des Swallow-Zählers 46 und mit einem Frequenzteilungsverhältnis l/P, wenn der Zähler 46 einen Null-Zählstand erreicht, durchzuführen.

Die Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 3 ist im folgenden anhand von Fig. 3 sowie anhand der Fig. 4 bis näher erläutert, von denen letztere Wellenformen an verschiedenen Stellen der Anordnung veranschaulicht. Wenn während des Empfangs des eingestellten Senders ein Empfangspegel von einem anderen Rundfunksender geprüft werden soll, liefert die Steuereinheit 38 zur Stummschaltung 20 einen Stummschaltungs- bzw. Austastimpuls einer entsprechenden Impulsreihe mit äußerst kurzer Impulsbreite oder -dauer Tl und eine Impulsempfangs- bzw. -Wiederholungsperiode T2 gemäß Fig. 4. Beispielsweise betragen die Impulsbreite Tl etwa 5ms und die Impulsempfangs- bzw. -Wiederholungsperiode T2

etwa 1 sek. Die Ergebnisse verschiedener Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Impulsdauer Tl von nicht mehr als 5 ms und eine Impulsperiode von nicht weniger als 0,5 s auch beim Abhören eines Rundfunkprogramms den menschlichen Höreindruck nicht beeinträchtigen.

Die Stummschaltung 20 spricht auf den Austastimpuls a in der Weise an, daß sie ihr Ausgangssignal während einer Zeitspanne entsprechend der Dauer Tl gemäß Fig. 5 austastet oder unterdrückt. Wie sich aus Fig. 5 ergibt, wird dementsprechend das Tonausgangssignal des Lautsprechers 24 für diese (kurze) Zeitspanne vorübergehend unterdrückt.

Gleichzeitig mit der Anlegung des Austastimpulses a an die Stummschaltung 20 liefert die Steuereinheit 38 auch zur Frequenzteileinheit 48 Daten für ein Frequenzteilungsverhältnis b, sowie zum Schleifenfilter 34 einen Schleifenband-Änderungsimpuls c mit einer Impulsbreite oder -dauer T4 gemäß Fig. 7. Wenn das Frequenzteilungsverhältnis einem anderen Sender zugeordnet ist, auf den vom eingestellten Sender übergegangen werden soll, wirkt die Steuereinheit 38 als erste Regel- oder Steuereinrichtung, und wenn das Frequenzteilungsverhältnis dem eingestellten Sender zugeordnet ist, wirkt die Steuereinheit 38 als zweite Regel- oder Steuereinrichtung. In jedem Fall wird die Anordnung gemäß Fig. 3 auf noch zu beschreibende Weise auf den betreffenden, zugeordneten Sender abgestimmt.

Das Schleifenfilter 34 spricht auf den Schleifenband-Änderungsimpuls c unter Schließung des Analogschalters 42 (vgl. Fig. 2) an, um den Widerstand Rl (Fig. 2) kurzzuschließen, wodurch auf vorher in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Weise die Regelschleifen-Zeitkonstante

t> V * ι

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der phasenstarren Regelschleife verkürzt wird.

Die Frequenzteileinheit 48 spricht auf die Daten für das Frequenzteilungsverhältnis b an, weil die Frequenzteilungsverhältnisse des Zweimodul-Vorteilers 28' und des programmierbaren Teilers 30 1/η_χ bzw. l/N (mit

η und N = ganze Zahlen) betragen. Diese Frequenzl ρ ^

teilungsverhältnisse werden auch im Vorteiler 28' und im Zähler 30 gesetzt.

Der Vorteiler 28' bewirkt somit eine Frequenzteilung des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 26 mit dem Frequenzteilungsverhältnis 1/(P+1), wobei er diese Frequenzteilung η -mal wiederholt. Während der wiederholten Frequenzteilung verringert sich der Zählstand des Swallow-Zählers 46 und des programmierbaren Teilers 30 in Abwärts-Schritten von jeweils 1. Wenn der Vorteiler 28' die Frequenzteilung η -mal durchgeführt hat, erreicht der programmierbare Teiler 30 den Zählstand "Null". Zu diesem Zeitpunkt geht das Frequenzteilungsverhältnis des Vorteilers 28' auf l/P über., und der programmierbare Zähler bzw. Teiler 30 besitzt einen Zählstand entsprechend (N - η ). Wenn der Zähler bzw. Teiler 30 auf Null herabgezählt hat, erfolgt die Rückstellung auf den Ausgangszustand.

Die Frequenzteileinheit 4 8 besitzt somit einen ganzzahligen Frequenzteiler N, der sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

N = η y + MN (5)

Darin bedeutet M = ein Modul (modulus) , der einer dezimalen Zehn des Frequenzteilungsverhältnisses bzw. der Frequenzteileinheit 48 entsprechend kann. Gleichung (5) läßt sich zu folgender Gleichung (6) umschreiben:

N= (N₁- η_χ) M + U₁ (M + 1) (6)

Es sei angenommen, daß N eine Funktio"h von η , ausgedrückt als N(n.) ist, und daß eine Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerteil Oszillators 26 ebenfalls eine Funktion von η , ausgedrückt als F(n ) ist. In diesem Fall ergibt sich:

Fin, + 1) - F(n )

= Fs (N(n + 1) - N(^)J (7)

Da die Beziehung:

+ 1) - N(Ii₁) = 1

gilt, läßt sich Gleichung (7) reduzieren zu:

+ 1) - F(Ii₁) = Fs = F_M (8)

Gleichung (8) zeigt, daß dann, wenn sich N in Schritten von 1 erhöht _r die Schrittfrequenz F_„_ größer wird als die Bezugsfrequenz Fs.

Wenn die Anordnung gemäß Fig . 3 für das europäische UKW- bzw. FM-Band eingesetzt wird, ergibt sich

^FREF ^{= 50}

P ft * α

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Dies beruht darauf, daß die FrequenzZuteilung oder -Zuweisung in Europa so erfolgt, daß die einzelnen Rundfunkstationen bzw. -sender im FM-Band in Schritten von 50 kHz auseinanderliegen. Die obigen Gleichungen zeigen, daß die Schrittfrequenz F___ erhöht werden kann, während die durch Gleichung (1) ausgedrückte Eigenwinkelfrequenz con im Vergleich zu dem auf einer festen Größe bleibenden Frequenzteilungsverhältnis klein ausgelegt werden kann.

Wie erwähnt, ist andererseits die Zeitkonstante des Schleifenfilters 34 verkürzt. Infolgedessen kann ein Zeitintervall T3 (vgl. Fig. 6) der phasenstarren Regelschleife zwischen der Unterbrechung des Empfangs des augenblicklich eingestellten Senders, gefolgt vom Mitziehen der phasenstarren Regelschleife - auf eine andere Frequenz, und dem erneuten Mitziehen bzw. Fangen bei dieser Frequenz kürzer sein als die Zeitdauer Tl des Austastimpulses a, so daß die Mitzieh- bzw. Fangzeit der phasenstarren Regelschleife verkürzt wird. Andererseits erhöht sich jedoch das "Zittern" des spannungsgesteuerten Oszillators 26, wodurch der Rauschbzw. Geräuschspannungsabstand des Empfangssignals verschlechtert wird, weil dieser Oszillator als Empfangsoszillator für den Frequenzmischer 14 wirkt.

Wie erwähnt, unterdrückt die Stummschaltung 20 ihr Ausgangssignal bzw. das Tonausgangssignal des Lautsprechers 24 während der Dauer Tl des Austastimpulses a, welcher der Dauer T4 des Schleifenband-Änderungsimpulses c gleich ist. Der Rundfunkhörer kann somit den Empfangstatus bzw. -pegel eines anderen Rundfunksenders prüfen, ohne in seinem Höreindruck gestört zu werden.

Abgesehen von der Dauer T4 besitzt das Schleifenfilter 34 eine große Zeitkonstante, um die Eigenwinkelfrequenz co η klein zu halten. Aus diesem Grund tritt im spannungsgesteuerten Oszillator 26 nur ein minimales "Zittern" auf, so daß die anliegende bzw. eingestellte Rundfunkstation mit gutem Rauschabstand empfangen werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der erfindungsgemäße Rundfunkempfänger eine Frequenzteileinheit aus einem Zweimodul-Vorteiler mit einem Frequenzteilungsverhältnis, das von l/P auf 1/(P + 1) und umgekehrt änderbar ist, einem mit dem Vorteiler verbundenen programmierbaren Teiler und einem 2-Zähler aufweist, der eine Rückkopplungsstrecke für den Zweimodul-Vorteiler bildet. Die Frequenzteileinheit vermag eine Zeitspanne zwischen der Unterdrückung oder Beendigung des Empfangs eines anliegenden oder eingestellten Senders, gefolgt von einem Mitziehen einer vorgesehenen phasenstarren Regelschleife auf eine andere Frequenz,und dem Wiedermitziehen der phasenstarren Regelschleife auf die Frequenz des eingestellten Senders in ganz beträchtlichem Mase zu verkürzen.

Fig. 8, in welchen den Teilen von Fig. 1 oder 3 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher beziffert sind, zeigt eine Abwandlung der Erfindung. Diese Anordnung unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 3 nur dadurch, daß gemäß Fig. 8 ein Frequenzteiler 48' anstelle des Zweimodul-Vorteilers 28", des programmierbaren Zählers bzw. Teilers 30 und des Swallow-Zählers 46, die auf die in Fig. 3 gezeigte Weise zusammengeschaltet sind, vorgesehen ist, wobei dieser Frequenzteiler das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 26 mit einem durch die Steuereinheit 38 vorgegebenen Frequenzteiler dividiert.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 lassen sich die Gleichungen (2) und (3) zu

_ωη = Jtm±± (2>)

c._ Ii /KoKd ₍₃,.

reduzieren. Ähnlich wie die Gleichungen (2) und (3) geben die Gleichungen (2¹) und (3') an, daß eine Vergrößerung der Eigenwinkelfrequenz η eine Verkürzung der Fang- oder Mitziehzeit der phasenstarren Regelschleife zur Folge hat, während eine Vergrößerung der Eigenwinkelfrequenz co η die Mitziehzeit der phasenstarren Regelschleife verlängert. Bei der Verkürzung oder Verlängerung der Mitziehzeit der phasenstarren Regelschleife verstärkt bzw. verringert sich das "Zittern" des spannungsgesteuerten Oszillators 26 entsprechend. Da der Oszillator 26 als Empfangsoszillator für den Frequenzmischer 14 dient, hat eine Verstärkung seines "Zitterns" eine Verschlechterung des Geräuschspannungsabstands der Anordnung gemäß Fig. 8 zur Folge. Bei der dargestellten Ausführungsform wird daher die Eigenwinkelfrequenz a> η zur Verkürzung der Mitziehzeit der phasenstarren Regelschleife nur während der Dauer T4 des Schleifenband-Änderungsimpulses c erhöht, so daß der Bedingung T3 < Tl ausreichend genügt wird.

In jeder anderen Hinsicht entspricht die Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 8 im wesentlichen der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 3.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht somit hervor, daß erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Verkleinerung einer Zeitkonstante eines verwendeten Schleifenfilters beim Übergang von einer zu empfangenden Rundfunkfrequenz auf eine andere vorgesehen ist, wobei die betreffende phasenstarre Regelschleife innerhalb einer äußerst kurzen Zeitspanne auf der geänderten Frequenz verriegelt werden kann.

Obgleich die Erfindung vorstehend nur in einigen derzeit bevorzugten Ausfuhrungsformen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Wenn beispielsweise während des Empfangs des anliegenden oder eingestellten Senders nur der Empfangstatus oder -pegel der Funkwelle von einem anderen Rundfunksender geprüft (to sense) werden soll, kann die Stummschaltung weggelassen werden. Der Analogschalter kann durch einen Schalter oder einen Schaltkreis ersetzt werden, welcher die Größe eines Widerstands in der phasenstarren Regelschleife in Abhängigkeit vom Schleifenband-Änderungsimpuls zu unterdrücken vermag.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Rundfunkempfänger, der bei einer Ortsveränderung (insbesondere in einem Fahrzeug) selektiv ein von mindestens zwei voneinander entfernten Rundfunk-Sendern gemeinsam auf verschiedenen Frequenzen ausgestrahltes Rundfunkprogramm zu empfangen vermag, gekennzeichnet durch ein Abstimmgerät bzw. einen Tuner und eine Empfangsoszillatorschaltung, die eine phasenstarre Regelschleife mit einem spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, durch einen Vorteiler, dessen Frequenzteilungsverhältnis wahlweise zwischen zwei verschiedenen Größen änderbar ist und der eine Frequenzteilung eines Schwingungsausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators bewirkt, durch eine erste Frequenteileinheit mit einem einstellbaren Frequenzteilungsverhältnis zur Frequenzteilung eines mit

   der ersten Größe des Frequenzteilungsverhältnisses des Vorteilers frequenzgeteilten Ausgangssignals mit dem eingestellten Frequenzteilungsverhältnis, um das Frequenzteilungsverhältnis des Vorteilers mit einem frequenzgeteilten Ausgangssignal der ersten Frequenzteilereinheit zu ändern, durch eine ein einstellbares Frequenzteilungsverhältnis besitzende zweite Frequenzteileinheit, die eine Frequenzteilung der mit den ersten und zweiten Größen des Frequenzteilungsverhältnisses des Vorteilers frequenzgeteilten Ausgangssignale mit dem eingestellten Frequenzteilungsverhältnis bewirkt, durch einen Phasendetektor, der ein Bezugssignal und ein Ausgangssignal von der zweiten Frequenzteileinheit abnimmt, durch ein Schleifenfilter (loop filter), um ein Ausgangssignal des Phasendetektors als Steuerspannung zum spannungsgesteuerten Oszillator zu liefern (for imparing), durch eine erste Steuereinheit zum Abstimmen des Tuners auf die Frequenz des zweiten Rundfunksenders für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne während des Empfangs des ersten Senders, durch eine Pegelvergleichseinheit zum Vergleichen eines ersten Empfangspegels, bei dem der Tuner auf die Frequenz des ersten Senders abgestimmt ist, mit einem zweiten Empfangspegel, bei dem der Tuner auf die Frequenz des zweiten Senders abgestimmt ist, und durch eine zweite Steuereinheit, die auf einen zweiten Empfangspegel, der gemäß der Bestimmung durch die Pegelvergleichseinheit größer ist als der erste Empfangspegel, anspricht und die Abstimmung des Tuners auf die Frequenz des betreffenden Rundfunksenders ändert.
2. 2. Rundfunkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifenfilter eine Schleifenzeitkonstanten-Änderungseinheit zur Verkleinerung einer Schleifen-Zeitkonstante der phasenstarren Regelschleife während der vergleichsweise kurzen Zeitspanne aufweist.
3. 3. Rundfunkempfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stummschalteinheit zur Unterdrückung bzw. Austastung eines Tonausgangssignals während der vergleichsweise kurzen Zeitspanne vorgesehen ist.
4. 4. Rundfunkempfänger mit einem Empfangsschwingungs- bzw. -oszillatorkreis mit digitalem Frequenzsynthesizer bzw. Nörmalfrequenzgenerator mit phasenstarrer Regelschleife , insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befehls-Frequenzänderungseinheit zur Anweisung einer Änderung einer Empfangsfrequenz und eine auf die Anweisung dieser Einheit ansprechende Schleifenzeitkonstanten-Änderungseinheit zur Verkleinerung einer Zeitkonstante der phasenstarren Regelschleife zwecks Verkürzung einer Zeitspanne, in welcher diese Regelschleife auf eine zu ändernde Empfangsfrequenz verriegelt bzw. mitgezogen (locked) wird, vorgesehen ist.
5. 5. Rundfunkempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenzeitkonstanten-Änderungseinheit einen in «der phasenstarren Regelschleife angeordneten Widerstand und einen'auf die Anweisung

   (Befehl) von der Befehls-Frequenzänderungseinheit ansprechenden Analogschalter zum Kurzschließen des Widerstands oder einen Schalter oder einen Schalt(er)-kreis, der eine Größe des Widerstands in Abhängigkeit von einer Anweisung von der Befehls-Frequenzänderungseinheit zu dämpfen vermag, aufweist.
6. 6. Rundfunkempfänger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Steuereinheit vorgesehen ist, die auf eine Anweisung (Befehl) von der Befehls-Frequenzänderungseinheit anspricht, um den digitalen Normalfrequenzgenerator auf eine angewiesene Empfangsfrequenz von einer Frequenz zu arretieren bzw. mitzuziehen, auf welcher der digitale Normalfrequenzgenerator bisher verriegelt war.
7. 7. Rundfunkempfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßfühler- bzw. Detektoreinheit zur Erfassung (sensing) eines ersten Empfangspegels der Empfangsfrequenz, auf welcher der digitale Normalfrequenzgenerator augenblicklich verriegelt ist, und eines zweiten Empfangspegels einer Empfangsfrequenz, für welche eine Wechselanweisung vorliegt, eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des ersten Empfangspegels mit dem zweiten Empfangspegel und eine zweite Steuereinheit vorgesehen sind, die auf den zweiten Empfangspegel, wenn dieser nach Bestimmung durch die Vergleichseinheit größer ist als der erste Empfangspegel, anspricht, um den digitalen Normalfrequenzgenerator kontinuierlich auf der für den Wechsel angewiesenen Empfangsfrequenz zu verriegeln.
8. 8. Rundfunkempfänger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stummschalteinheit zum Austasten eines Tonausgangssignals während der vergleichsweise kurzen Zeitspanne vorgesehen ist.