DE3437378A1

DE3437378A1 - Audio-empfaenger mit symmetrischem basisband

Info

Publication number: DE3437378A1
Application number: DE19843437378
Authority: DE
Inventors: William L. Grass Valley Calif. Rorden
Original assignee: Grass Valley Group Inc
Current assignee: Grass Valley Group Inc
Priority date: 1983-10-12
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1985-05-02
Also published as: GB8425683D0; US4525677A; GB2149604B; JPS6096908A; DE3437378C2; CA1205880A; GB2149604A

Description

Patentanwälte · European Patent Attorneys

Dlpl.-Ing. Joachim Stresse. München . Dlpl.-Phye. Dr. Hans-Herbert Stoffregen, Hnnnu ZweibrückunstruUe 17 · D-BOOO München 2 (Gegenüber dem Patentamt) . Telefon (080) 22 28θβ . Telex B 22

The Grass Valley Group, Inc. Grass Valley, CA 95945 München, 11. Oktober 1984

(V.St.A.) pu-sh 14 609

Audio-Empfänger mit symmetrischem Basisband

Ein typisches Verfahren zur Informationsübertragung verwendet ein symmetrisches Leitungspaar. Das Leitungspaar wird durch einen Generator angeregt, der ein komplementäres oder phasenverschobenes Signal an jede der Leitungen anlegt. Diese Signale werden als Differenzsignale oder Differenztaktsignale bezeichnet. Ein derartiges System wird typischerweise bei Telefonsystemen verwendet.

Elektrostatisch oder magnetisch dem Zweileitersystem aufgeprägte Signale erzeugen auf jeder der beiden Leitungen ein Signal, welche phasengleich miteinander sind. Diese Signale werden als Gleichtaktsignale bezeichnet.

Es besteht daher das Problem in einem Empfangsgerät, zwischen den Differenzsignalen und den unerwünschten Gleichtaktsignalen zu differenzieren. Die Fähigkeit eines bestimmten Bauteiles, beispielsweise eines Verstärkers, in dem System die Gleichtaktstörungen zu ignorieren, wird als Gleichtaktunterdrückung bezeichnet. Gleichtaktunterdrückung ist definiert als das Verhältnis von Differenzverstärkung zur Gleichtaktverstärkung.

Zusätzlich zu einem hohen Gleichtaktunterdrückungsverhältnis ist eine symmetrische Eingangsimpedanz für sowohl die Differenz- als auch die Gleichtaktsignale erwünscht (also eine äquivalente Impedanz gegenüber Erde

von jedem Anschluß des Differenzeingangsanschlusses). Die klassische einzelne Operationsverstärkerschaltung zeigt diese unerwünschte Unsymmetrie-Eigenschaft. Frühere Lösungen des Problems waren nicht-rückgekoppelte Verstärker mit offener Schleife und Transformatoren, welche beide kostenaufwendig sind und, im Falle von Transformatoren, nicht bei Signalen geringer Frequenz und Gleichstrom arbeiten. Darüber hinaus wurden Schaltkreise mit drei oder mehr Operationsverstärkern und Spannungsteilern vorgeschlagen. Diese Schaltungen beseitigen die phasengleichen Gleichtaktstörungen innerhalb der Genauigkeit, der die Spannungsteiler angepaßt sind. Die normalen oder Differenzspannungen werden an die nächste Schaltkreisstufe weitergegeben. Derartige Schaltkreise wurden üblicherweise als Leitungsempfänger und in unteren Frequenzbereichen verwendet. Derartige Schaltkreise weisen jedoch das Problem auf, daß die Eingangsimpedanzen für Differenzsignale an den beiden Eingangsanschlüssen nicht symmetrisch sind. Versuche, die erwünschte Gleichtaktunterdrückung beizubehalten und die Impedanzen an den beiden Signaleingangsanschlüssen zu symmetrisieren, erhöhten die Komplexität des Schaltkreises. Insbesondere waren zumindest drei Operationsverstärker erforderlich, um die genannten erwünschten Eigenschaften zu erzielen. Die Erfindung steht daher unter der Aufgabe, durch Verbesserung der bekannten Schaltkreisanordnungen die genannten Ziele mit weniger Aufwand zu erreichen.

Gemäß der Erfindung sind zwei Operationsverstärker vorgesehen, ein Differenzeingangsverstärker und ein invertierender Verstärker mit fester Verstärkung, die so miteinander verschaltet sind, daß ein Differenzeingang symmetrischer Impedanz und eine Gleichtaktverstärkung von im wesentlichen Null erreicht wird (also ein im wesentlichen unendliches Gleichtaktunterdrückungsverhältnis).

Der Differentialeingangsverstärker stellt den Vorwärtssignalpfad bereit, wobei das Verhältnis der Widerstandswerte so ausgesucht ist, daß eine Gleichtaktverstärkung von im wesentlichen Null erreicht wird. Zum Symmetrieren der Impedanzen des Differenzeingangs wird der invertierende Verstärker mit fester Verstärkung zur Bereitstellung eines Rückkopplungspfades verwendet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus denen weitere Merkmale und Vorteile hervorgehen.

Es zeigt:

Figur 1 ein Blockdiagramm der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Figur 1 sind ein Verstärker 10 mit Differenzeingang und ein hierüber rückgekoppelt geschalteter invertierender Verstärker 22 mit fester Verstärkung dargestellt.

Verstärker 10 umfaßt einen Operationsverstärker 12, an dessen invertierende und nicht-invertierende Eingangsanschlüsse jeweils ein Anschluß von Widerständen 14 bzw. 16 angeschlossen ist. Die anderen Anschlüsse dieser Widerstände stellen die Differenzeingangsanschlüsse des Verstärkers 10, T, und Tp, dar. Weiterhin ist ein Rückkopplungswiderstand 18 zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und den positiven Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 12 geschaltet, und ein Widerstand 20 verbindet den nicht-invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 12 mit Masse. Der positive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12 bildet den Ausgangsanschluß T, des Verstärkers 10. Der invertierende Verstärker 22 mit fester Verstärkung umfaßt einen Operationsverstärker 24, dessen nicht-invertierender

Eingangsanschluß mit Masse verbunden ist. Weiterhin umfaßt der Verstärker 22 einen Rückkopplungstransistor 26, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Ausgangsanschluß des 5 Operationsverstärkers 24 angeschlossen ist, einen Eingangswiderstand 28, dessen einer Anschluß mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 24 verbunden ist und dessen anderer Anschluß den Eingangsanschluß T. des Verstärkers 22 darstellt, und ein Paar von Ausgangswiderständen 30 und 32, deren jeweils einer Anschluß mit dem positiven Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 24 verbunden ist. Die jeweils anderen Anschlüsse der Widerstände 30 und 32 bilden die Ausgangsanschlüsse T,, bzw. T«i des Verstärkers 22.

Die Verstärker 10 und 22 sind so miteinander verschaltet, daß der Ausgangsanschluß T₃ des Verstärkers 10 mit dem Eingangsanschluß T. des Verstärkers 22 verbunden ist und die Ausgangsanschlüsse T,, und Tp. des Verstärkers 22 mit den Anschlüssen T, und T~ des Verstärkers 10. Insgesamt sind daher T, und T„ die Differenzeingangsanschlüsse und der Ausgangsanschluß wird durch T- gebildet.

Um für sämtliche Signale einen symmetrischen Empfänger zu erhalten und um ein Gleichtaktunterdrückungsverhältnis zu erreichen, das annähernd unendlich ist, ist der Verstärker 22 in einer Rückkopplungsanordnung mit dem Verstärker 10 verschaltet und die Werte der jeweiligen Widerstände sind zur Erreichung dieses Zieles wie nachstehend beschrieben ausgewählt.

Die erste Stufe der Analyse ist eine Betrachtung des Verstärkers 10 unabhängig vom Verstärker 22. Zunächst soll die Verstärkung zwischen den Eingangsanschlüssen T, und T„ und dem Ausgangsanschluß untersucht werden. Diese Verstärkungen sind:

IÜ2

nR,

1 + η

(D

geerdet

(2)

T₁ geerdet

Die Gleichtaktverstärkung eines Operationsverstärkers wie Verstärker 10 ist definiert als:

(3)

~ τη

cm.

und die normale oder Differenzverstärkung ist:

(4)

Durch Einsetzen der Ergebnisse der Gleichungen (1) und (2) in Gleichungen (3) und (4) erhalten wir:

wobei v. = V_T -V_T ist. in T, T -

Darüber hinaus sind die Eingangsimpedanzen bei T, und

Z₂ = (1 + n)R₂. <⁸⁾

Durch Umwandlung der Impedanzen Z, und Z« in Leitwerte erhalten wir:

Y, = 4- (9)

1 11R

(10)

n)R₂

Als nächstes betrachten wir die Wirkung der Verschaltung der Anschlüsse T, und T„ mit T,¹ und Tp¹; die Verstärkung und die Gleichtaktsymmetrie des Verstärkers 10 bleibt unverändert. Setzt man nun

let

and R₅

_ß.

(11)

so sieht man, daß

(12)

wobei

-V₀ (i.e. R₅

R₆)

⁽¹⁴⁾

Aus diesen Stromwerten ersehen wir, daß die kombinierten Eingangsleitwerte bei T, und T₂ sich ergeben als

1 + (l - I] i 11R₁ \ n/ R

(15)

und

(1 + n)R_x

fl+l)i-V n' R₃

(16)

wobei R₃ = R«.

Die Hinzufügung von R^ und R. führt nicht zu einer Unsymmetrie der Gleichtakteingangsimpedanz.

Als nächstes soll R->/R, berechnet werden für

Die Gleichsetzung der Eingangsleitwerte des Systems ist erforderlich zur Erzielung von Symmetrie im Differenzbetrieb. Durch Einsetzen in Gleichung (17) erhalten wir:

n-lj 1 _

1_ /I _

R₁ U 1 +

	1	i)l	1	/ η	+ 1
⁽¹	+ r	₊
1	/_n	η	η	- ¹J
^R3		+		η
1	in		- η	♦0

_(2Q)

L/1) (21)

^R3

—· = 2(1 + n) (22)

R₁

für R₁ = R₂ und R₃ =

Im Ergebnis ergeben sich folgende Bedingungen für die in Fig. 1 dargestellte voranstehend analysierte Schaltung für eine Gleichtaktverstärkung von Null und symmetrische Eingangsimpedanz:

λ· ~" Κ« ι R- ^s Rj ι Re ⁼ R<1 .2 3 4 5 6 ₍₂₃₎

R₃ - 2(1 + η) R₁.

Eine derartige Schaltung wurde zusammengebaut und ihre Betriebsweise erfolgreich mit den folgenden Parameterwerten gezeigt:

R₁ = R₂	β 1OK
η = 4
TiR. - nl	I₂ = 4OK
R₃ = R₄	= lOOK.
R₅ = R₆	- 1OK.

Während die voranstehende Betrachtung auf der Basis der Tatsache durchgeführt wurde, daß das Verhältnis der Werte von R, und R₂ bzw. R₃ und R. bzw. R₅ und R_g gleich eins war, hätte es ebenfalls für andere Verhältnisse dieser Werte durchgeführt werden können.

Wäre das Verhältnis von Rg zu Rg anders als eins, so ergäbe sich eine Verstärkung des Verstärkers 22 ungleich eins mit dem Ergebnis, daß

-kv₀ (24)

Hierdurch würde einfach der konstante Wert k zu den Gleichungen 12 bis 23 addiert. Im Bezug auf das Verhältnis von R,'zu R₂ bzw. R₃ zu R. ist ein Verhältnis von eins ausgewählt worden, um die gewünschte Gleichtaktsymmetrie aufrecht zu erhalten. Wird jedoch eine bestimmte Unsymmetrie gewünscht, kann eine allgemeine Lösung mittels Variation dieser Verhältnisse gefunden werden, es wird aber angenommen, daß eine derartige Schaltung von begrenztem praktischen Wert wäre.

Voranstehend ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden, es ist jedoch einem Fachmann auf diesem Gebiet offenbar, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem weiteren Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Patentansprüche sollen daher alle derartigen Modifikationen und Änderungen einschließen, die innerhalb der allgemeinen technischen Lehre und dem Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.

- Leerseite -

Claims

The Grass Valley Group, Inc.

Grass Valley, CA 95945 München, 11. Oktober 1984

(V.St.A.) pu-ks 14 609

Audio-Empfänger mit symmetrischem Basisband
Patentansprüche

μ) Audio-Empfänger mit symmetrischem Basisband,

gekennzeichnet durch

einen Verstärker (10) mit Differenzeingang (T,, Tp), welcher umfaßt:

einen ersten Operationsverstärker (12) mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß und einem nicht-invertierenden Ausgangsanschluß (T₃), welcher auch als Ausgangsanschluß (Vo) des Differentialeingangsverstärkers (10) und des Empfängers dient;

einen ersten Widerstand (14), dessen einer Anschluß mit dem invertierenden Eingangsanschluß des ersten ^⁵ Operationsverstärkers (12) verbunden ist, und dessen anderer Anschluß den ersten der Differenzeingangsanschlüsse (T-.) des Differenzeingangsanschlußverstärkers (10) und des Empfängers bildet;

einen zweiten Widerstand (18), der zwischen dem

invertierenden Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Ausgangsanschluß (T₃) des ersten Operationsverstärkers (12) angeschlossen ist;

einen dritten Widerstand (16), dessen einer Anschluß mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (12) verbunden ist,

und dessen anderer Anschluß den zweiten der Differenzeingangsanschlüsse (Tp) des Differenzeingangsverstärkers (10) bildet;

einen vierten Widerstand (20), der zwischen den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des ersten Operationsverstärkers (12) und Masse geschaltet i st;

wobei das Verhältnis des Wertes des ersten Widerstandes (14) zum Wert des zweiten Widerstandes (18) gleich dem Verhältnis des Wertes des dritten Widerstandes (16) zu dem Wert des vierten Widerstandes (20) ist;

und einen invertierenden Verstärkter (22) fester Verstärkung,

Ί5 dessen Eingangsanschluß (T-) mit dem Ausgangsanschluß (T₃) des Differenzeingangsverstärkers (10) verbunden ist, und dessen Ausgangsanschlüsse (T₁', Tp¹) mit den Eingangsanschlüssen (T,, T₂) des Differenzeingangsverstärkers (10) verbunden sind,

wobei der invertierende Verstärker (22) fester Verstärkung umfaßt:

einen zweiten Operationsverstärker (24), welcher invertierend mit fester Verstärkung angeschlossen ist und einen Eingangsanschluß und einen Ausgangs-

^c anschluß (V,) aufweist, wobei dessen Eingangsanschluß den Eingangsanschluß (T.) des invertierenden Verstärkers (22) fester Verstärkung bildet; und

einen fünften (30) und sechsten (32) Widerstand, welche jeweils mit einem Anschluß mit dem Ausgangsanschluß (V₁) des zweiten Operationsverstärkers (24) verbunden sind und deren jeweils- anderer Anschluß einen Ausgangsanschluß (T^¹, T₂ ¹) des invertierenden Verstärkers (22) fester Verstärkung bildet.
2. Empfänger gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Werte des fünften (30) und sechsten (32) Widerstandes gleich sind.
3. Empfänger gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Verstärkung des zweiten Operationsverstärkers (24) minus Eins beträgt.
4. Empfänger gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis des ersten Widerstandes (14) zu dem zweiten Widerstand (18) und daß das Verhältnis des dritten Widerstandes (16) zu dem vierten Widerstand (20) gleich η ist, und daß, wenn die Werte des zweiten (18) und des vierten Widerstandes (20) gleich sind, die Werte des fünften (30) und sechsten Widerstandes (32) und des ersten (14) und dritten Widerstandes (16) durch die Gleichungen

und

^Rfünfter " Sechster ^{= 2(1 + n)R}zweiter

^Rerster ^Rdritter ~ ^nRzweiter

gegeben sind.