DE3138226C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastanordnung, wie sie im Ober­ begriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt und aus der US-PS 35 43 169 bekannt ist.

In Signalverarbeitungssystemen zur Verarbeitung eines Fernseh­ signalgemisches, wie einem Fernsehempfänger, müssen in den verarbeiteten Signalen enthaltene Informationen abgetastet werden. Häufig ist eine erhebliche Verstärkung beim Abtast­ prozeß notwendig, damit der Pegel des Abtastwertes genügend hoch für die Weiterverarbeitung ist. Dies ist beispielsweise bei der automatischen Regelung der Bildröhrenvorspannung eines Farbfernsehempfängers der Fall. Hierbei muß die bei wenigen Millivolt liegende (veränderliche) Amplitude eines kleinen Impulses zur Erzeugung eines Regelsignals abgetastet werden, welches die Bildröhrenvorspannung automatisch über einen Bereich von mehreren Volt regeln soll.

Aus der bereits erwähnten US-PS 35 43 169 ist eine Abtastan­ ordnung mit einem ersten Verstärker bekannt, dessen Ausgangs­ signal über eine Rückkopplungsschaltung, bestehend aus einem Abtastschalter, einem Abtastspeicherkondensator und einer Vergleichsschaltung, rückgekoppelt wird. Abgetastet wird hier der Schwarzpegel im Austastintervall eines Fersehsignals zur Schwarzstromregelung der Bildröhre, wobei der im Kondensator jeweils gespeicherte Abtastwert mit einer Bezugsspannung ver­ glichen wird und das resultierende Fehlersignal als Korrektur­ vorspannung auf den Eingang eines Verstärkers gegeben wird, dem über einen Koppelkondensator auch das - dann auf der Aus­ gangsseite des Verstärkers abgetastete - Videosignal zuge­ führt wird. Ferner ist aus der Zeitschrift "Electronic Engineering" vom Juni 1973, Seiten 58/59 eine rückgekoppelte Abtast- und Halteschaltung mit einem Verstärker bekannt, des­ sen einem Eingang das abzutastende Signal zugeführt wird. Das Ausgangssignal gelangt über einen Schalter auf einen Speicher­ kondensator, dessen Spannung über einen Pufferverstärker auf einen zweiten Eingang des erstgenannten Verstärkers zurückge­ führt wird. Wenn ein Signalwert abgetastet und gespeichert werden soll, öffnet der Schalter, so daß am zweiten Eingang des Verstärkers der Speicherwert des Kondensators liegt. Da­ mit dieser Verstärker dann nicht in die Sättigung gerät, wird er solange durch einen Rückkopplungsschalter überbrückt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Abtastschaltungs­ anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu ver­ bessern, daß bei der Abtastung von Signalen niedrigen Pegels, die hoch verstärkt werden, Offset-Spannungen auf einem Minimum gehalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie einen vorhersagbaren, auf einen Bezugswert bezogenen Ausgangsabtastwert liefert, in welchem Offset-Spannungen, wie sie in den verwendeten Schal­ tern auftreten können, nicht mitverstärkt werden, so daß die Abtastwerte trotz hoher Verstärkung nicht durch Offset-Fehler verfälscht werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge­ kennzeichnet.

Die Erfindung sei nun anhand zweier in den Zeichnungen veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Farbfernsehempfängers, welcher die erfindungsgemäße Schaltung enthält;

Fig. 2 ein Teilschaltbild aus der Schaltung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein weiteres Teilschaltbild aus dem System nach Fig. 1, welches eine Abtastschaltung gemäß der Er­ findung umfaßt;

Fig. 4 eine Signalform zum Verständnis der Betriebsweise der in Fig. 3 gezeigten Abtastschaltung; und

Fig. 5 eine alternative Ausführung eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Schaltung.

In Fig. 1 liefern die Ferseh­ signal-Verarbeitungschaltungen 10 (z. B. mit Video-Demodulator, Ver­ stärker und Filterstufen) getrennte Leuchtdichte- und Farb­ komponenten (Y bzw. C) eines Farbfernsehsignalgemisches an eine Demodulatormatrix 12, die ihrerseits Signale r, g und b niedrigen Pegels an ihrem Ausgang erzeugt. Diese Signale wer­ den durch einander gleiche Schaltungen 14, 14 b bzw. 14 c ver­ stärkt und anderweitig verarbeitet, so daß verstärkte Farb­ bildsignale R, G und B entstehen, die einer Farbbildröhre 15 an den Kathoden 16 a, 16 b und 16 c zugeführt werden, denen ein gemeinsames Gitter 18 zugeordnet ist.

In der Schaltung 14 a wird ein vom Ausgang der Matrix 12 kom­ mendes Signal r über ein Tor 20 (beispielsweise ein elektroni­ scher Analogschalter) unter Steuerung durch ein von einem Impulsgenerator 28 erzeugtes Tastsignal V _K zum Videosignalein­ gang eines Bildröhrentreiber-Verstärkers 21 gekoppelt. Der Verstärker 21 erzeugt ein Ausgangssignal R hohen Pegels für die Kathode 16 a. Diese ist außerdem an den Eingang einer Ab­ tastschaltung 22 angeschlossen, die durch zueinander komple­ mentäre Impulse V _C und V _S , welche ebenfalls durch den Impuls­ generator erzeugt werden, getastet wird und ein Regelsignal erzeugt, welches einem Vorspannungsregeleingang des Verstär­ kers 21 zugeführt wird, um den über die Kathode 16 a fließen­ den Schwarzpegelstrom zu regeln, wie noch erläutert werden wird.

Der Impulsgenerator 28 erzeugt während periodischer Intervalle, wenn der Kathodenstrom der Bildröhre 15 abgetastet werden soll, einen Gitterimpuls V _G positiver Polarität und fester Amplitu­ de (beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 10 bis 20 Volt), der dem Gitter 18 zugeführt wird. In den Zeiträu­ men zwischen diesen Gitterimpulsen liefert der Impulsgenerator 28 eine normale Bildröhrenvorspannung für das Gitter 18.

Die Impulse V _S , V _C , V _K und V _G vom Impulsgenerator 28 sind be­ züglich der Horizontal(zeilen)-Rücklaufaustastintervalle und der Vertikal(Bild)-Rücklaufaustastintervalle des Fernsehsignals synchronisiert und werden während eines Zeitraumes nach dem Ende der Vertikalrücklaufaustastung, jedoch vor Beginn des die Bildinformation enthaltenen Bildintervalles des Fernseh­ signals erzeugt, also während eines Teils eines größeren Zeitintervalls, welches wenige Horizontalzeilen umfaßt, in denen keine Bildinformation vorliegt. Speziell sperrt der Impuls V _K das Tor 20 für einen Zeitraum, welcher ein Bezugs- oder Einstellintervall von etwa vier Horizontalzeilen Dauer, währenddessen der Impuls V _C abgeleitet wird, und ein nach­ folgendes Überwachungsintervall von etwa zwei Horizontalzei­ len Dauer, währenddessen die Impulse V _G und V _S abgeleitet wer­ den, umfaßt.

Während des Abtastintervalls arbeitet die Bildröhre bezüglich des Gitterimpulses V _G als Kathodenfolger und liefert an ihrer Kathode ein gleichphasiges Abbild des Gitterimpulses V _G . Die Amplitude des induzierten Kathodenimpulses ist proportional dem Wert des Kathodenschwarzpegelstromes, ist jedoch wegen der relativ niedrigen Durchlaßsteilheit des Bildröhrenstrahl­ systems bei Gitteransteuerung erheblich gegenüber dem Gitter­ impuls abgeschwächt. Die Amplitude des Kathodenimpulses ist typischerweise sehr klein, im vorliegenden Beispiel in der Größenordnung weniger Millivolt.

Der Impuls V _K sperrt das Tor 20 während der Bezugs- und Ab­ tastintervalle, so daß der Ausgang der Matrix 12 vom Verstär­ ker 21 und der Bildröhre 15 entkoppelt wird. Die Abtastschal­ tung 22 arbeitet unter Steuerung durch die Impulse V _C und V _S und liefert einen Abtastwert, welcher ein Maß für die Größe des vom Impuls V _G induzierten Kathodenausgangsimpulses ist und zur Veränderung des durch die Vorspannung bestimmten Ar­ beitspunktes des Verstärkers 21 benutzt wird, um diesen ge­ gebenenfalls in einer solchen Richtung zu verschieben, daß am Ausgang des Verstärkers 21 eine (Kathoden)Vorspannung ent­ steht, die ausreicht, um infolge der Wirkung der geschlosse­ nen Schleife den gewünschten richtigen Schwarzstrompegel zu ergeben. In den übrigen Zeiten ist das Tor 20 durchlässig, so daß Signale von der Matrix 12 über den Verstärker 21 zur Bild­ röhre gelangen können.

Fig. 2 zeigt zusätzliche Einzelheiten des Verstärkers 21. Er enthält hier einen Verstärkertransistor 34 und eine aktive Lastschaltung mit einem Transistor 35. Normalerweise gelangt das Farbsignal r über einen Anschluß T ₁, das Tor 20 und eine Eingangsschaltung 30 auf die Basis des Verstärkertransistors 34, an dessen Kollektorkreis ein verstärktes Abbild des Ein­ gangssignals r entsteht und über eine Ausgangskoppelschaltung 40, einen Widerstand 52 und einen Anschluß T ₂ auf die Kathode 16 a der Bildröhre gekoppelt wird. Während des Abtastintervalls, wo das Eingangssignal r wegen des Tores 20 nicht zugeführt wird, erscheint am Anschluß T ₂ ein induzierter Kathodenimpuls, welcher den Kathodenschwarzstrompegel darstellt. Der Kathoden­ impuls wird mit Hilfe eines hochohmigen Spannungsteilers mit Widerständen 55 und 56 abgefühlt und gelangt über einen An­ schluß T zum Eingang der Abtastschaltung 22. Die von dieser gelieferte Regelspannung wird der Basis des Transistors 34 über einen Anschluß T ₄ zugeführt. Im vorliegenden Beispiel wird der Kathodenschwarzstrompegel so verändert, daß der Basisvorspan­ nungsstrom des Transistors 34 in Abhängigkeit von der Regel­ spannung der Tastschaltung 22 sich erhöht oder erniedrigt.

Fig. 3 zeigt die Abtastschaltung 22 aus Fig. 1 in mehr Einzel­ heiten. Der über den Anschluß T ₃ gekoppelte Kathodenimpuls wird durch eine Abtast- und Halteschaltung verarbeitet, die einen invertierenden Operationsverstärker 65 (beispielsweise einen Spannungsverstärker), zwischen dessen Ausgang und seinen invertierenden (-) Eingang ein Rückkopplungsschalter 68 gekop­ pelt ist, sowie einen Speicherkondensator 70, der über einen Abtastschalter 78 mit dem Ausgang des Verstärkers 65 verbun­ den ist, enthält. Der nichtinvertierende (+) Eingang des Ver­ stärkers 65 ist an eine Quelle einer stabilen Bezugsspannung V _REF angeschlossen. Der abgetastete Kathodenausgangsstrom wird dem invertierenden Eingang des Verstärkers 65 über den Anschluß T ₃ und einen Klemmkondensator 84 zugeführt.

Während des Abtastintervalls (t _M ), das dem Bezugsintervall folgt, wird der Rückkopplungsschalter 68 durch den negativen Impuls V _C undurchlässig gemacht (also wie dargestellt geöff­ net). Ebenfalls zu dieser Zeit wird der Abtastschalter 78 lei­ tend gemacht (also wie dargestellt geschlossen), und zwar durch den positiven Impuls V _S , so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 65 (ein verstärkter, invertierter Kathodenimpuls aufgrund des Gitterimpulses V _G ) zum Kondensator 70 gelangt. Die Signalverstärkung des Verstärkers 65 ist erheblich größer als Eins und entspricht der Ofenschleifen-Spannungs­ verstärkung des Spannungsverstärkers 65, so daß ein Spannungs­ abtastwert geeigneter Amplitude zum Abtastspeicherkondensator 70 gelangt. Der im Kondensator 70 gespeicherte Spannungsab­ tastwert stellt die von Spitze zu Spitze gemessene Amplitude des Kathodenimpulses dar und damit auch den Wert des Kathoden­ schwarzstrompegels.

Die Spannung am Kondensator 70 wird über eine Koppelschaltung 85 (beispielsweise ein Pufferverstärker mit dem Verstärkungs­ grad Eins) einem Eingang einer Differenz-Vergleichsschaltung 87 zugeführt, an deren anderen Eingang die Bezugsspannung V _REF gelegt wird. Die Vergleichsschaltung 87 erzeugt aufgrund ihrer Eingangsspannungen der Differenz zwischen der Bezugs­ spannung V _REF und der Abtastspannung vom Kondensator 70 ent­ sprechende Regelspannung an ihren invertierenden Ausgang. Die­ se Regelspannung gelangt über einen Anschluß T ₄ zum Verstär­ ker 21 (Fig. 2) und regelt dessen Vorspannung in einer Rich­ tung, daß ein übermäßig hoher und niedriger Kathodenschwarz­ strompegel durch die Wirkung der geschlossenen Rückführungs­ schleife kompensiert wird.

Damit der am Kondensator 70 entstehende Spannungsabtastwert Änderungen der Spitzenamplitude des Kathodenimpulses genau wiedergibt, muß die Amplitude des Ausgangssignals des Ver­ stärkers 65 auf einen vorherbestimmbaren Pegel bezogen werden. Es ist auch erwünscht, daß das Ausgangssignal des Verstärkers relativ frei von nennenswerten Offset-Fehlern ist, wie sie aufgrund von Offset-Spannungen am Eingang des Abtastverstär­ kers auftreten können, so daß der Spannungsabtastwert nicht verfälscht wird. Diese beiden Forderungen werden erfüllt durch die erläuterte Anordnung des Verstärkers 65 hinsicht­ lich der Bezugsspannungsquelle V _REF , des Rückkopplungsschal­ ters 68 und des Klemmkondensators 84.

Während des jedem Abtastintervall t _M vorangehenden Bezugs­ intervalls wird der Rückkopplungsschalter 68 durch das Signal V _C durchlässig (also geschlossen). Während dieser Zeiten ist der Abtastschalter 78 offen oder nichtleitend. Wenn der Rück­ kopplungsschalter 68 durchlässig ist, dann wird der invertie­ rende Eingang des Verstärkers 65 durch die Rückkopplungswir­ kung im Zusammenwirken mit dem Klemmkondensator 84 auf den Ausgangspegel des Verstärkers 65 geklemmt, der dann auf dem Potential V _REF liegt. Die Wirkung dieser Eingangsklemmung läßt sich in der in Fig. 4 gezeigten Signaldarstellung sehen, wo der während des Intevalls t _M auftretende positive Katho­ denimpuls eine (variable) Amplitude Δ V _ss bezüglich des durch die Klemmwirkung hervorgerufenen stabilisierten Bezugspegels V _REF aufweist. Wenn der Kondensator 70 über den Abtastschal­ ter 78 geschaltet ist, dann erzeugt er einen Spannungsab­ tastwert, der proportional der Differenz zwischen dem festen Klemmbezugspegel V _REF und der verstärkten (aber nichtinver­ tierten) Spitzenamplitude des Kathodenimpulses ist.

Die beschriebene Eingangsklemmschaltung mit dem Verstärker 65, dem Rückkopplungsschalter 68 und dem Klemmkondensator 84 ist besonders von Vorteil bei einem System zur Abtastung von Signalen niedrigen Pegels, wie es hier beschrieben ist, weil bei dieser Klemmschaltung Offset-Erscheinungen am Eingang des Verstärkers 65 und durch den Rückkopplungsschalter 68 be­ dingte Offset-Erscheinungen nicht mit der Signalverstärkung des Verstärkers 65 verstärkt werden. Ausgangsfehler des Ver­ stärkers werden daher erheblich reduziert.

Weiterhin ist es bei einem System der dargestellten Art wün­ schenswert, eine schnelle Eingangs-RC-Zeitkonstante für den Verstärker während des Klemmintervalls relativ zur Verstär­ kereingangskonstante während der Abtastintervalle vorzusehen, so daß der Klemmkondensator 84 sich während der Klemminter­ valle über den Rückkopplungsschalter 68 schnell auf den Klemm­ bezugspegel auflädt und die Ladung über die Abtastintervalle hält. Bei der dargestellten Anordnung wird die Ladezeit des Klemmkondensators 84 für Klemmzwecke bestimmt durch den Wert des Klemmkondensators 84 multipliziert mit dem Wert des Lei­ tungswiderstandes des Rückkopplungsschalters 68 und dividiert durch den Verstärkungsgrad des Verstärkers 65. Da der Lei­ tungswiderstand des Rückkopplungsverstärkers 68 typischwerwei­ se klein ist und da die (Offenschleifen-)Verstärkung des Spannungsverstärkers 65 in diesem Beispiel beträchtlich groß ist, ist die efrfektive Widerstandskomponente dieser Zeitkon­ stante virtuell unbedeutend. Somit ergibt sich eine schnelle­ re Klemmzeitkonstante im Vergleich zu einer durch den tatsäch­ lichen Wert des Schaltwiderstandes bestimmten Zeitkonstante. Die Eingangszeitkonstante während der Abtastintervalle ist relativ kleiner (der Klemmkondensator 84 entlädt sich also langsamer) da diese Zeitkonstante durch das Produkt des Wertes des Klemmkondensators 84 mit der Eingangsimpedanz des Verstär­ kers 65, welche in diesem Falle hoch ist, definiert wird.

Fig. 5 zeigt eine Alternative zu der in Fig. 3 gezeigten Schaltung mit dem Verstärker 65, dem Rückkopplungsschalter 68 und dem Klemmkondensator 84. Gemäß Fig. 5 ist ein inver­ tierender Verstärkertransistor 90 in Emitter-Grundschaltung vorgesehen, dessen Signalverstärkung proportion dem Wert eines Kollektorwiderstandes 92 ist. Über einen Klemmkondensa­ tor 96 werden seiner Basis, die einem invertierenden Signal­ eingang entspricht, Eingangssignale zugeführt. Am Kollektor des Transistors 90 erscheinende invertierende Ausgangssignale gelangen zu einer Abtast- und Halteschaltung, wie sie etwa der Schaltung 70, 78 in Fig. 3 entspricht. Zwischen Kollektor­ ausgang und Basiseingang des Transistors 90 ist ein Rückkopp­ lungsschalter 98 eingefügt (der in einer geöffneten oder un­ durchlässigen Stellung bezeichnet ist).

Wird der Rückkopplungsschalter 98 aufgrund des Signals V _C leitend (also geschlossen), dann wird der Kollektor des Tran­ sistors 90 über ihn mit seiner Basis gekoppelt, die in Durch­ laßrichtung vorgespannt wird, so daß an den Kollektor- und Basiselektroden des Transistors 90 eine Offset-Spannung von etwa +0,7 Volt erscheint. Das Zusammenwirken des Rückkopp­ lungsschalters 98 mit dem Klemmkondensator 96 dient der Klem­ mung des Basiseingangs auf diese vorhersagbare Spannung (1 V _BE ).

Der Rückkopplungsschalter 98 wird während der Abtastintervalle undurchlässig, wo der Kathodenimpuls auf den Transistor 90 gekoppelt wird und in invertierter verstärkter Form am Kollek­ torausgang des Transistors 90 erscheint. Der verstärkte Katho­ denimpuls wird anschließend in der im Zusammenhang mit Fig. 3 erläuterten Weise verarbeitet.

In einem Falle, wo der Abtastverstärker (beispielsweise der Verstärker 65 in Fig. 3) ein nichtinvertierender Verstärker ist, kann eine geeignete Gegenkopplung für den Verstärker während der Klemmintervalle vorgesehen werden, indem man einen Inverter in dem Rückkopplungszweig verwendet.

Zwischen Ausgang und invertierendem Eingang des Abtastver­ stärkers kann man in Kombination mit einem Widerstand im Ein­ gangssignalweg des Verstärkers einen Rückkopplungswiderstand legen, um die gewünschte Verstärkung bei geschlossener Schleife zu bestimmen. In diesem Falle muß man jedoch sicherstellen, daß die Verstärkereingangsimpedanz und die Eingangs-RC-Zeit­ konstanten des Verstärkers während der Klemm- und Abtast­ intervalle innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben.

Claims (6)

1. Abtastanordnung mit einem ersten Verstärker (21), dessen Ausgangssignal über eine Rückkopplungsschaltung, bestehend aus einem Abtastschalter (78), einem Abtastspeicherkondensator (70) und einer Vergleichsschaltung (87), rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Rück­ kopplungsschaltung vor dem Abtastschalter (78) ein zweiter Ver­ stärker (65; 90, 92) eingefügt ist, dessen Eingang das Ausgangs­ signal des ersten Verstärkers (21) über einen Klemmkondensator (84; 96) zugeführt wird und dessen Ausgang über einen Rückkopp­ lungsschalter (68; 98) mit seinem Eingang verbunden ist,
daß das abzutastende Signal auf den Klemmkondensator (84; 96) eingekoppelt wird, und daß während eines Klemmintervalls der Rückkopplungsschalter (68; 98) geschlossen und der Abtastschalter (78) offen ist und während eines nachfolgenden Abtastintervalls (t _M ) der Abtast­ schalter (78) geschlossen und der Rückkopplungsschalter (68; 98) offen ist.

2. Abtastanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker ein Operationsverstärker (65) ist, daß der Klemmkondensator (84) so geschaltet ist, daß er die ab­ zutastenden Signale auf den invertierenden Verstärkereingang koppelt, daß dem nichtinvertierenden Verstärkereingang eine Bezugsspannung (V _REF ) zugeführt wird und daß der Rückkopplungs­ schalter (68) den Verstärkerausgang während der Klemminter­ valle auf den invertierenden Eingang koppelt (Fig. 3).

3. Abtastanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker ein invertierender Verstärker (90, 92) ist, der einen Transistor (90) in Emitterschaltung enthält, daß der Klemmkondensator (96) an die Basis des Transistors (90) ge­ schaltet ist, und daß der Rückkopplungsschalter (98) während der Klemmintervalle den Kollektor mit der Basis verbindet.

4. Abtastanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem System zur automatischen Regelung des Schwarzstrompegels einer Bildwiedergaberöhre, deren Kathode das Videosignal zugeführt wird,
wobei die Abtast- und Klemmintervalle im Bildaustastintervall liegen und
eine Einrichtung (16, 18, 55, 56) zur Ableitung des abzu­ tastenden Signals vorgesehen ist, welche einen durch einen Gitterimpuls (V _G ) induzierten Kathodenstromimpuls während des Abtastintervalls (t _M ) liefert,
und die Vergleichsschaltung (87) den Abtastwert zur Ab­ leitung einer Regelspannung an den ersten Verstärker (21) zur Einstellung der Bildröhrenvorspannung abgibt.

5. Abtastanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schalter (68, 78) praktisch ohne Offset eingangs- und ausgangsseitig mit den Verstärkern gekoppelt sind.

6. Abtastanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsschaltung (87) und dem Operationsverstärker (65) zueinander proportionale Bezugsspannungen (V _Ref ) zugeführt werden.