DE3329663A1

DE3329663A1 - Mehrstufiges signaluebertragungssystem

Info

Publication number: DE3329663A1
Application number: DE19833329663
Authority: DE
Inventors: Heinz 7100 Heilbronn Rinderle; Martin 7056 Weinstadt-Beutelsbach Siegle
Original assignee: Telefunken Electronic 7100 Heilbronn GmbH; Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1985-03-07
Also published as: KR920006132B1; KR850002184A; DE3329663C2; JPH0746763B2; JPS6059804A; US4613823A

Description

TELEFUNKEN electronic GmbH 3329663

Theresienstraße 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 05.08.1983 PTL-HN-La/ma HN 83/40

Mehrstufiges Signalübertragungssystem

Mehrstufige Signalübertragungssysteme finden beispielsweise bei Rundfunkempfängern Anwendung. Das mehrstufige Signalübertragungssystem besteht dabei beispielsweise aus Vorverstärker, Mischer, Zwischenfrequenzverstärker und Niederfrequenzverstärker. Bei solchen Signalübertragungssystemen tritt das Problem auf, daß die Verstärkung in den einzelnen Stufen Streuungen aufweist und temperaturabhängig ist. Dies führt z. B. zu entsprechenden unerwünschten Änderungen von Schaltschwellen wie z. B. der Schaltschwelle einer Mono-Ster'eo-Umschaltung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Signalübertragungssystem anzugeben, bei dem eine möglichst einfache elektronische Einstellung des Verstärkungsgrades für das Gesamtsystem sowie eine einfache Temperaturgangkompensation möglich ist. Außerdem sollen sich die Einstellungen gegenseitig nicht beeinflussen. Diese Aufgabe wird bei einem mehrstufigen Signalübertragungssystem nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einstellung der Verstärkung durch eine Stufe und die Temperaturkompensation über dieselbe Stufe erfolgt, daß diese Stufe eine Verstärkerstufe ist und daß die Temperaturkompensation unabhängig von der Verstärkungseinstellung ist.

Bei dem eingangs als Beispiel genannten mehrstufigen Signalübertragungssystem von Rundfunkempfängern ist

beispielsweise die erste Zwischenfrequenzverstärkerstufe diejenige Stufe, die sich für die Steuerung nach der Erfindung bevorzugt eignet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hängt bei der gesteuerten Stufe die Verstärkung dieser Stufe exponentiell vom Steuersignal ab, welches dieser Stufe zur Verstärkungseinstellung zugeführt wird.

Gemäß einer anderen Weiterbildung, der Erfindung wird das Steuersignal für die Verstärkungssteuerung, das zu verstärkende Zwischenfrequenzsignal und das Steuersignal für die Temperaturgangkompensation einem gemeinsamen Eingang (Klemme) der steuerbaren Stufe zugeführt.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert.

Die Figur 1 zeigt ein mehrstufiges Signalübertragungssystem nach der Erfindung, welches aus einer Empfängereingangsschaltung 1, aus der ersten ZF-Stufe 2 und dem ZF-Verstärker 3 besteht. Die Empfängereingangsschaltung besteht bekanntlich aus der Vorstufe und Mischstufe. Der ZF-Verstärker 3 besteht im allgemeinen aus mehreren Verstärkerstufen sowie dem Demodulator. Die gesteuerte Stufe ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 die erste ZF-Stufe 2.

Die Figur 2 zeigt die Ansteuerung der gesteuerten Stufe 2, wobei die Steuerung durch einen Strom i.. erfolgt. Der Strom i- beinhaltet die Stromanteile zur Steuerung der Verstärkung und der Temperaturgangkompensation des gesamten Systems.

Im Gegensatz zur Figur 2 wird beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 die Steuerung nicht durch eine Stromquelle, sondern durch eine Spannungsquelle Cu₁) gesteuert.

Die Figur 4 zeigt die Aufteilung der Stromanteile. Dabei stellt i_T den Stromanteil für die Temperaturgangkompensation und ig den Stromanteil für die Verstärkungssteuerung dar. Die Figur 5 zeigt in entsprechender Weise die Aufteilung der Steuerspannungsanteile (u_T,u_c). In den Figuren 2 bis 5 ist der Steuereingang (4) und der Signaleingang (5) getrennt.

Die Figur 6 zeigt die Steuerkennlinie und zwar die Abhängigkeit der Verstärkung V von den Steuergrößen i- bzw. U₁ in halblogarithmischer Darstellung. Die Abhängigkeit ist in dieser Darstellungsweise linear. Die gestrichelte Linie deutet an, daß auch ein umgekehrter Verlauf realisierbar ist.

Die Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein gemeinsamer Eingang (5') sowohl für das zu verstärkende Eingangssignal als auch für das Steuersignal i.. vorhanden ist. Die anderen Eingänge (4, 5) entfallen bei diesem Ausführungsbeispiel, so daß man Eingangsklemmen spart. Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn die erfindungsgemäßen Schaltungen integriert sind.

Die Figur 8 zeigt das entsprechende Bild für eine Spannungssteuerung.

Die Figur 9 zeigt ein Beispiel, wie die beiden Stromanteile (irp, i~) erzeugt werden. Zur Erzeugung der temperaturabhangigen Steuergröße i_T ist eine Transistorschaltung vorgesehen, die aus einem Transistor 6 und einem Widerstand 7 sowie den Spannungsquellen 8 und besteht. Die Funktionsweise dieses Schaltungsteils beruht darauf, daß der vom Transistor 6 erzeugte Strom i_T temperaturabhängig ist, wobei die Stärke der Temperaturabhängigkeit von der Größe des Widerstandes 7 und der Spannung der Spannungsquelle 8 abhängig ist. Dabei ist

es für die Funktion der Temperaturgangkompensation vorteilhaft, wenn der Transistor 6 nicht mit einer der Baugruppen des Übertragungssystems monolithisch integriert ist.

Der Steuerstrom i„ zur Steuerung der Verstärkung ist durch die Stromquelle 10 symbolisiert.

Die Schaltung der Figur 10 unterscheidet sich von der Schaltung der Figur 9 dadurch, daß ein weiterer Widerstand 11 vorhanden ist, der die Stromsteuerung in eine Spannungssteuerung umwandelt. In der Figur 10 ist auch angedeutet, daß die Spannungsquelle 9 in den die Verstärkerstufe 2 enthaltenden Baustein integriert sein kann.

Die Schaltung der Figur 11 zeigt eine andere Aufbereitung der für die Temperaturkompensation und für die Steuerung der Verstärkung erforderlichen Steuergrößen. Die Erzeugung des temperaturabhängigen Steuersignals (u_T) erfolgt beim Ausführungsbeispiel der Figur 11 durch die in Verbindung mit der Figur 10 beschriebene Transistorschaltung. Die Steuerspannung für die Steuerung der Verstärkung wird dem Potentiometer 12 entnommen.

Die Figur 12 zeigt die Erzeugung der Steuerstromanteile durch eine Transistorschaltung, wobei der Steuerstrom für die Änderung der Verstärkung durch diese Schaltung selbst erzeugt wird. Dies geschieht beispielsweise durch Änderung der Spannung der Spannungsquelle 15.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 13 erfolgt die" Einstellung des Steuerstromes für die Verstärkung durch Steuerung des Basispotentials des Transistors 6 mittels eines Potentiometers 17.

Wie die Figur 14 zeigt, kann die Einstellung der Verstärkung durch digitale Steuersignale (20, 21) erfol-

gen. Dazu ist die Steuerschaltung 19 erforderlich.

Die Steuerschaltung 19 der Figur 14 besteht gemäß der Figur 15 beispielsweise aus dem Transistor 6', dem Widerstand 7 und den Vorwiderständen 22 und 23. Zur Verfeinerung der Verstärkungseinstellung können mehrere Eingänge (und damit auch mehrere Widerstände) vorgesehen sein. Die Form der Verstärkungseinstellung erlaubt z. B. den automatischen Verstärkungsabgleich über ein Mikroprozessor gesteuertes System.

Die Figur 16 zeigt eine Schaltung, die die Verstärkerstufe 2 in Verbindung mit der Aufbereitungsschaltung für den die Verstärkerstufe steuernden Strom i~ beinhaltet. Bei dieser Schaltung wird das Steuersignal i. über einen Widerstand 25 der Basis-Emitterstrecke eines Transistors 26 zugeführt. Der Kollektor des Transistors 26 ist sowohl mit seiner Basis als auch mit der Basis des Transistors 27 verbunden. Der Emitter des Transistors 27 ist an einen Spannungsteiler angeschaltet, der aus den Widerständen 28 und 29 besteht und von der Spannungsquelle 30 gespeist wird. Der Kollektor des Transistors 27 steuert einen Inverterverstärker an, der aus dem Transistor 31, dem Transistor 32, dem Widerstand 33 und der Stromquelle 34 besteht. Der Ausgang des Inverterverstärkers (35) ist mit der Basis des Transistors 36 verbunden. Der Kollektor des Transistors 36 steuert mit seinem Ausgangsstrom i, die Verstärkerstufe 2 an.

Im Schaltungsteil mit den Transistoren 26 und 27 wird ein Temperaturgang des Stromverhältnisses i₇/i·? erzeugt,

Ct ■ J

der die Steigung der Kennlinie der Figur 6 temperaturunabhängig macht. Dies wird durch eine entsprechende Spannungsdifferenz der Emitterpotentiale der Transistoren 26 und 27 (mittels des Spannungsteiler 28, 29) bewirkt, wobei es vorteilhaft ist, die Absolutgrößen der Widerstände 28 und 29 so klein zu halten, daß das

Emitterpotential des Transistors 27 vom Steuerstrom jL· möglichst unabhängig ist. Die exponentiell Abhängigkeit der Verstärkungsänderung vom Eingangssignal i^ wird dadurch erzeugt, daß der Kollektorstrom des Transistors (i₂) über den Widerstand 33 fließt und am Ausgang des Inverterverstärkers entsprechend dem Spannungsabfall am Widerstand 33 ändert. Die exponentielle Abhängigkeit des Ausgangsstromes i-, vom Eingangsstrom i., ergibt sich aus dem exponentiellen Kennliniengesetz von Transistoren.

Die Figur 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Verstärkerstufe 2. Nach der Figur 17 besteht die Verstärkerstufe 2 aus den Differenzverstärkern 37 und 38. Der Differenzverstärker 37 besteht aus den Transistoren 39 und 40 sowie den Widerständen 41 und 42. Der Differenzverstärker 38 besteht aus den Transistoren-43 und 44 sowie aus den Widerständen 45, 46, 47 und 48. Während der Differenzverstärker 37 keine Gegenkopplung aufweist, ist der Differenzverstärker 38 mit einer Gegenkopplung ausgestattet (Widerstände 45 und 46). Der Steuerstrom i, wird dem ersten, nicht gegengekoppelten Differenzverstärker 37 zugeführt und damit proportional mit dem Steuerstrom die Verstärkung geändert. Die Gegenkopplung des Differenzverstärkers 38 ist so groß ausgebildet, daß im gesamten Einstellbereich der Verstärkung eine Signal-Begrenzung in dieser Stufe nicht erfolgt, sondern durch Begrenzung im Differenzverstärker 37. Dies hat den Vorteil, daß der Begrenzungseinsatz des Verstärkers bezogen auf die Eingangsklemmen weitgehend unabhängig von der Verstärkungseinstellung ist. Ein weiterer Vorteil der Schaltung nach Figur 17 besteht darin, daß Rauschstromkomponenten des Steuerstromes i, als Gleichtaktstörung von dem Differenzverstärker 38 in Bezug auf das Ausgangssignal des Verstärkers 2 unterdrückt werden.

Die Figur 18 symbolisiert die Verknüpfung der Verstärkereingangsschaltung für das Verstärkereingangssignal

mit der Steuerschaltung 24.

Figur 19 zeigt eine Ausführungsform der Kombination aus Verstärkerschaltung und Steuerschaltung nach dem in Figur 18 dargestellten Prinzip mit einem gemeinsamen Eingang für das zu verstärkende Signal und für das die Verstärkung steuernde Signal. Beide Signalarten werden der Eingangsklemme 49 zugeführt. Verstärkerschaltung und Steuerschaltung 24 sind durch einen Kondensator voneinander gleichstrommäßig entkoppelt. Das in der Verstärkung gesteuerte Eingangssignal ist der Ausgangsklemme 50 entnehmbar. Die Steuerschaltung 24' entspricht der in der Figur 16 dargestellten Teilschaltung 24. Zum Unterschied zur Schaltung 24 nach Figur ist in der Steuerschaltung 24' nach Figur 19 der Vorwiderstand 25 in zwei Teile, 25a und 25b, unterteilt und der Verbindungspunkt beider Widerstände durch einen Kondensator 52 nach Bezugspotential abgeblockt. Ferner ist ein Kondensator 53 dem Widerstand 33 parallelgeschaltet. Beide Kondensatoren sind so bemessen, daß sie eine Unterdrückung von Störsignalen im Betriebsfrequenzbereich, die sonst über die Steuerschaltung 24' in den zu steuernden Verstärker gelangen würden, unterdrückt werden. Solche Störsignale können sowohl Komponenten des Eingangssignals als auch Rauschsignalkomponenten sein. Weiter zeigt die Steuerschaltung 24' gegenüber dem Schaltungsteil 24 nach Figur 16 die praktische Ausführungsform der Stromquelle 24 (Figur 16), die in Figur 19 durch eine Stromspiegelschaltung 34' ersetzt ist.

Der nicht gestrichelt umrahmte Schaltungsteil 2' der Figur 19 entspricht der in Figur 17 dargestellten Form einer Verstärkerschaltung, bestehend aus den Differenzverstärkerstufen 37 und 38.

Diese Verstärkerschaltung weist jedoch gegenüber der Verstärkerschaltung nach Figur 17 folgende Änderungen

bzw. Ergänzungen auf: Der Außenwiderstand. (48) der Differenzverstärkerschaltung 38 nach Figur 17 ist in der Schaltung nach Figur 19 aufgeteilt in die Widerstände 48a und 48b. Die Summe der Widerstandswerte der Widerstände 47a und 47b bestimmen den Verstärkungsgrad des Differenzverstärkers 38 und die Größe des Widerstandes 48b die Ausgangsimpedanz der Verstärkerschaltung. Der Widerstand 47 nach Figur 17 ist in der Schaltung nach Figur 19 durch eine Stromquelle, bestehend aus dem Transistor 54 und dem Widerstand 47', ersetzt. Die Ergänzung der Verstärkerschaltung nach Figur 19 im Vergleich zu der nach Figur 17 besteht in der Ausgangsverstärkerstufe mit dem Transistor 55 in Verbindung mit der Stromquellenschaltung mit dem Transistor 56 und dem Widerstand 57.

Die Spannungsquelle 58 sorgt für ein konstantes Potenzial für die Basen der Transistoren 54 und 56 sowie für die Basen der Transistoren des Differenzverstärkers 37. Die Größe des Widerstandes 48b ist so bemessen, daß der ausgangsseitige differentielle Innenwiderstand der Schaltung einen vorgegebenen Wert (z. B. 330 Ω) aufweist. Dies ist z. B. von Vorteil, wenn keramische Filter am Ausgang des Verstärkers angeschlossen werden, die eine bestimmte eingangsseitige Abschlußimpedanz erfordern. Die Potentiale der Spannungsquellen 58, 30 und 60 sind so bemessen, daß die Spannungsquelle 58 das niedrigste und die Spannungsquelle 60 das höchste Potential am jeweiligen positiven Pol der Spannungsquelle aufweist. Die Verstärkung wird in der Schaltungsanordnung nach Figur 19 durch eine der Klemme 49 zugeführte Steuerspannung oder durch einen Steuerstrom bewirkt. Die Steuerwirkung der Steuerspannung bzw. des Steuerstromes nach der in Figur 19 dargestellten Schaltung erfolgt derart, daß mit zunehmendem positiven Steuersignal die Verstärkung exponentiell (wie in Figur 6 dargestellt) anwächst. Dies entspricht einer "dB linearen" Steuerkennlinie, die die Eigenschaft besitzt,

daß eine Steuersignaländerung um einen bestimmten Betrag für die Verstärkungsänderung und für die Temperaturgangbeeinflussung unabhängig von der jeweils anderen Steuersignaländerung immer die entsprechende, gleich große relative Verstärkungsänderung bewirkt. Figur 20a zeigt die Beschaltung einer erfindungsgemäßen, steuerbaren ZF-Verstärkerstufe 61 mit nur einem Eingang 49 für das zu verstärkende und für das die Verstärkung steuernde Signal. Die Innenschaltung der Anordnung 61 entspricht der Schaltung nach Figur 19. Das zu verstärkende Signal wird über ein keramisches Filter 62 und das die Verstärkung steuernde Signal über den Filterabschlußwiderstand 63 der Klemme 49 der Schaltung 61 zugeführt. Der Kondensator 64 ist ein Abblockkondensator für die Signalfrequenz. Das in seiner Verstärkung gesteuerte Signal wird der Ausgangsklemme 50 entnommen und über das keramische Filter 65 einer nachfolgenden Schaltung (z. B. ZF-Verstärker) zugeführt. Die Schaltungsform für die Steuersignalaufbereitung 66 mit dem Transistor 6, den Widerständen 13 und 14 und der Spannungsquelle 15 entspricht der der Figur 12. Mit diesem Schaltungsteil 66 wird sowohl die Verstärkungseinstellung als auch die Temperaturabhängigkeit zur Kompensation des Temperaturgangs des Signalübertragungssystems bewirkt.

Figur 20b zeigt eine Ausführungsform der Steuerschaltung 66, bei der kein Transistor für die Temperaturgangkompensation vorgesehen ist und bei der die stabilisierte Spannung der Spannungsquelle 58 in Verbindung mit . einem Potentiometer 66 zur Steuerung der Verstärkung eingesetzt wird. In Verbindung mit der Steuerschaltung 24' nach Figur 19 bewirkt diese Schaltung selbst einen Temperaturgang der Verstärkung. Dieser entsteht dadurch, daß die Basis-Emitterspannung des Transistors in Figur 19 mit der Temperatur variiert und bei an der Klemme 49 anliegender konstanter Steuerspannung der Strom i- in Verbindung mit dem Wert der Widerstände 25a

und 25b entsprechend variiert. Dieser Effekt ist nicht wirksam, wenn, wie in der Schaltung nach Figur 20a, die Klemme 49 stromgesteuert wird.

- Leerseite -

Claims

TELEFUNKEN electronic GmbH 3329663

Theresienstraße 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 05.08.1983 PTL-HN-La/ma HN 83/40

Patentansprüche

)/Mehrstufiges Signalübertragungssystem, de^en Verstärkung elektronisch einstellbar ist und bei denn ein unerwünschter Temperatureinfluß auf die Verstärkung kompensiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Verstärkung durch eine Stufe (2) und die Temperaturgang-Kompensation über dieselbe Stufe erfolgt, daß diese Stufe eine Verstärkerstufe ist und daß die Temperaturgang-Kompensation unabhängig von der Verstärkungseinstellung ist.
2) Signalübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der gesteuerten Stufe die Verstärkung dieser Stufe exponentiell vom.Steuersignal abhängt, welches dieser Stufe zur Verstärkungseinstellung zugeführt wird.
3) Signalübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Steuerkennlinie (Logarithmus der Verstärkung zum Steuersignal) unabhängig von der Temperatur ist.
4) Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerten Stufe ein temperaturabhängiges Steuersignal (i_T, U„0 und ein die Verstärkungseinstellung bewirkendes Steuersignal (i , U ) zugeführt werden.
5) Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Signal und das die Verstärkungseinstellung bewirkende Signal einem gemeinsamen Eingang der gesteuerten Stufe zugeführt wird.
6) Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß' ein temperaturunabhängiges Steuersignal zur Verstärkungseinstellung vorgesehen ist und daß die Temperaturabhängigkeit des Steuerstromes durch die Temperaturabhängigkeit einer Basis-Emitterspannung eines Transistors (26) in der Steuerschaltung (24, 24') bewirkt wird.
7) Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung des zu verstärkenden Signals und des die Verstärkung steuernden Signals ein gemeinsamer Eingang (49) vorgesehen ist.
8) Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe, die für die Einstellung der Verstärkung und des Temperaturganges der Verstärkung vorgesehen ist, gemeinsam mit der Steuerschaltung, die den Strom für die Verstärkerstufe liefert auf einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind.
9) Signalübertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsquelle (58) mitintegriert ist und die für die Aufbereitung der Steuerspannung dient.