DE3443628A1 - Fernseh-zf-schaltung fuer quasi-parallelstereoton-empfang - Google Patents

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DR. DIETER V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

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__ , ~~~ TELEGRAMMSOMBEZ

AT: 29. November 1983

RCA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.

Fernseh-ZF-Schaltung für Quasi-Parallelstereoton-Empfang

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fernseh-ZF (Zwischenfrequenz ) -Stuf e, insbesondere mit einem für die Verwendung bei Stereoton geeigneten Tondemodulator.

Bei einem Verfahren zur Demodulation des Fernsehtonsignals wird zuerst ein Intercarrier-Signal (im NTSC-System bei 4.5 MHz) durch Mischen des Bildträgers und Tonträgers in einem Synchrondemodulator gebildet. Insbesondere werden bei diesem Verfahren der Bild- und Tonträger nach dem Tuner in einer gemeinsamen ZF-Verstärkerstufe verstärkt. In einem ZF-Filter wird der Tonträger gegenüber dem Bildträger abgeschwächt. Zur Bildung eines Referenzbildträgers wird in einem zusätzlichen getrennten Signalweg der Bildträger begrenzt und in einem Bandpaß gefiltert. Der Synchrondemodulator mischt diesen Referenzbildträger mit dem ZF-Signal und erzeugt so das Intercarrier-Tonsignal und das Basisband-Videosignal. Sollen störende Signalanteile zweiter Ordnung im Videosignal klein gehalten werden, so ist es erforderlich,

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die Amplitudenmodulation (AM) des Referenzträgersignals durch das Videosignal zu verringern, da nur die Eingangssignalmodulation- das gewünschte Mischerausgangssignal liefert, was die Begrenzung und Filterung des Referenzsignals notwendig macht. Bei diesem Einkanal-Intercarrier- oder Differenztonverfahren wird eine während der Übertragung oder des Empfangprozesses erfolgte Frequenzmodulation (FM) oder Phasenmodulation (PM) des Bildträgers nicht rückgängig gemacht, da der Tonträger während der Übertragung oder des Empfangprozesses eine gleichgroße Winkelmodulation erfährt. Diese gemeinsame Störung wird während der Gewinnung des Intercarrier-Tonsignals durch Mischen der beiden Träger aufgehoben. Phasenverschiebungen in dem nicht gemeinsamen Signalweg, also dem Signalweg, in dem der Referenzbildträger gefiltert und begrenzt wird, werden jedoch ,nicht aufgehoben. Daher kann ein Summen im Tonsignal auftreten, und zwar besonders im Stereotonbetrieb, da zur Übertragung des Stereodifferenz- und Hilfsträgersignals der Tonkanal im Stereobetrieb eine besonders große Bandbreite erfordert.

Bei einem anderen Verfahren zur Demodulation des Ton-ZF-Signals, dem sog. "Quasi-Paralleltonverfahren" werden die Ton- und Videosignale in getrennten Kanälen demoduliert. Anders als bei dem Einkanalsystem wird der Tonträger in dem Tonkanal nicht abgeschwächt, was zu einer höheren Tonsensitivität führt. In dem Tonkanal wird der Bildträger mit dem Ton-ZF-Signal gemischt und so das 4.5 MHz-Intercarrier-Tonsignal gewonnen, ohne daß in diesem Kanal ein Basisband-Videosignal erforderlich ist. In der Absicht, den Anteil des bei dem Mischen erzeugten Basisband-Videosignals möglichst klein zu halten, wurde versucht, die Phase des begrenzten und gefilterten Bildträgersignals um 90° zu verschieben, so daß dieses Referenzsignal gegenüber dem Bildträger am Eingang eine Phasenverschiebung von 90° aufweist. Theoretisch wird hierdurch der AM-Anteil, den der Begrenzer in dem folgenden FM-Demodulator zu beseitigen

hat, verringert und damit sollte auch das Summen, das auf der ungenügenden AM-Unterdrückung in dem FM-Demodulator beruht, beseitigt werden.

Die vorstehenden Anmelder haben jedoch entdeckt, daß der größte Anteil des Summgeräusches in dem Mehrkanal-Tonsignal bei der Filterung und Begrenzung des Bildträgers erzeugt wird, so daß der Quadraturmischer sich nur wenig auf das höherfrequente Summgeräusch auswirkt. Die Anmelder konnten daher weiter feststellen, daß zur Verringerung dieses Summgeräusches besondere Sorgfalt auf die ZF-Schaltung, insbesondere auf den Signalweg für den Referenzbildträger, gelegt werden muß, um Phasenverschiebungen zu verhindern. Wenn sich in diesem Signalweg für den Referenzträger die Phasenverschiebungen des Verstärkers und der Begrenzer aufgrund der sich ändernden Transistor- oder Diodensperrschichtkapazitäten als Funktion der Signalamplitude ändern, dann moduliert die Amplitude des Videoträgers die Phase dieses Referenzsignals. Ähnlich wird bei nichtsymmetrischen Anstiegs- und Abfallzeiten des Begrenzers der Nulldurchgang des Tonsignals durch die Amplitude des Bildträgers moduliert, was wiederum zu einer Phasenmodulation führt. Wenn die positiven und negativen Begrenzerpegel nicht identisch sind, ergibt sich aufgrund der AM eine zusätzliche PM. Ferner wird eine AM und damit eine PM erzeugt, wenn die Amplitudenoder Phasencharakteristik des Bandpaßfilters in dem Signalweg für den Referenzträger nicht genau symmetrisch ist. Allgemein gesprochen wird jede Phasenänderung als Funktion der Zeit von dem FM-Tondemodulator als eine plötzliche Frequenzänderung demoduliert, wodurch während jeder Änderung der Leuchtdichte ein Ausgangsimpuls erzeugt wird. Da sich Leuchtdichteänderungen meist über mehrere Zeilen wiederholen, führen diese Änderugnen zu einem beträchtlichen Summgeräusch bei der Zeilenablenkfrequenz und bei den Vielfachen dieser Frequenz. Wenn auch in den Vereinigten Staaten bisher noch kein bestimmtes Verfahren zur Fern-

^ seh-Stereotonübertragung normiert worden ist, so verwenden doch alle vorgeschlagenen Systeme für die Pilotsignalfrequenz und die Trägerfrequenzen die Zeilenfrequenz und die Vielfachen der Zeilenfrequenz, so daß diese Summsignale im Zusammenhang mit dem Empfang des Stereopilotsignals oder des Zweittonprogramms Störungen verursachen kann, ferner können sie in den Stereotonsignalen ein Pfeifen oder
einen schwebenden Summton erzeugen, oder auch, abhängig
von dem vorgeschlagenen Stereotonverfahren, einen schweig benden Summton in dem Z.weittonprogramm.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Quasi-Parallelton-Kanal einen Multiplizierer mit zwei Eingängen, denen das ZF-Signal des Quasi-parallelton-Kanals durch einen Schal- -^g tungsteil zugeführt ist, der im wesentlichen die Einführung einer Phasenverschiebung aufgrund von Impedanzänderungen der Schaltungsteile innerhalb des Multiplizierers in Reaktion auf Amplitudenänderungen des Bildträgers verhindert.

In einer Ausführungsform der Erfindung, in der eine integrierte Schaltung einen Multiplizierer und einen Begrenzer mit zwei Dioden zur Erzeugung eines begrenzten Referenzbildträgers enthält, die als Synchrondemodulator für den modulierten Bildträger angeordnet sind, ist ein Widerstand außerhalb der integrierten Schaltung parallel zu dem Begrenzerausgang gekoppelt, um Kapazitätsänderungen der
Dioden entgegenzuwirken. Hierdurch wird eine von dem Begrenzer aufgrund von AM-Variationen des Bildträgers ver-

OQ ursachte Phasenverschiebung und damit das Summgeräusch in dem demodulierten Tonsignal reduziert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher ergg läutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise als Blockschaltbild ein Schaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei Kreise IC-Anschlußstifte bezeichnen, und

Fig. 2 ein Schaltbild einer Multiplizierschaltung, wie sie in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendet ist.

In Fig. 1 ist ein ZF-Signal aus einem Tuner einem Eingangsanschluß 10 zugeführt (nicht gezeigt). Das ZF-Signal weist eine übliche Signalform entsprechend dem NTSC-System auf, d.h. es umfaßt einen 45.75 MHz amplitudenmodulierten Bildträger und einen 41.25 MHz frequenzmodulierten Tonträger. Das ZF-Signal ist zwei Filtern 12 und 14 zugeführt, wodurch es gemäß dem Quasi-Paralleltonverfahren in zwei getrennte Kanäle für die Ton- und Bildsignaldemodulation aufgeteilt ist.

Der Filter 12, der ein OWF-Filter (Oberflächenwellenfilter) sein kann, hat den in Fig. 1 eingezeichneten Frequenzgang, also einen Frequenzgang, der auf das Restseitenband-Videosignal abgestimmt ist und der außerdem das Tonsignal abschwächt. Das Ausgangssignal des Filters 12 ist einem IC (integrierte Schaltung) 16, beispielsweise ein IC des Typs TA7607 der Toshiba Corporation, zugeführt. In der Zeichnung sind nur die Teile des IC 16 gezeigt, die für die Erfindung von Bedeutung sind.

In dem IC 16 ist das ZF-Signal zuerst einem ZF-Differenzverstärker 18 zugeführt. Die symmetrischen Ausgangssignale des Verstärkers 18 sind dann Eingängen 90 und 91 einer Multiplizierschaltung 20, die in Fig. 2 in Einzelheiten gezeigt ist, und auch einem Verstärker 22 zugeführt. Die symmetrischen Ausgangssignale des Verstärkers 22 sind an antiparallelverbundene Dioden 24 und 26 gelegt, außerdem sind sie Eingängen 21 und 23 des Multiplizierers 20 und einem Oszillatorschwingkreis 28, der einen Kondensator und

eine Induktivität 32 umfaßt, zugeführt. Der Oszillatorschwingkreis 28 ist auf die Bildträgerfrequenz von 45.75 MHz abgestimmt, daher weist das Signal, das den Eingängen 21 und 23 des Multiplizierers 20 zugeführt ist, zum größten Teil nur die Bildträgerfrequenz auf, da Harmonische der Bildträgerfrequenz, die bei der Begrenzung durch die Dioden 24 und 26 erzeugt sind, von dem Oszillatorschwingkreis 28 abgeschwächt sind. Der Verstärker 22 und die Dioden 24 und 26 zusammen umfassen einen Begrenzer_T so daß den Eingängen 21 und 23 ein Referenzbildträgersignal mit im wesentlichen konstanter Amplitude zugeführt ist.

Der Multiplizierer 20, die Begrenzerdioden 24 und 26 und der Oszillatorschwingkreis 28 umfassen einen Synchrondemodulator, der an seinem Ausgang ein Basisband-Videosignalgemisch erzeugt. Das Basisband-Videosignal ist wie üblich weiteren Videosignal- und Farbsignalverarbeitungsschaltungen zugeführt.

Die Verwendung eines getrennten Tonsignalweges macht es möglich, einen Tonträger zu demodulieren, der nicht von dem Filter 12 abgeschwächt ist. Hierdurch wird eine höhere Sensitivität bei dem Tonsignal erreicht.

Der Filter 14 in dem Tonsignalweg umfaßt eine zweifach abgestimmte Schaltung, deren Frequenzgang Amplitudenmaxima bei der Tonträger- und Bildträgerfrequenz aufweist. Wie in der Figur eingezeichnet ist, ist der Bildträger etwas stärker, beispielsweise 3 dB, als der Tonträger, um die Demodulation zu verbessern. Das Ausgangssignal des Filters 14 ist einem IC 16a zugeführt, wobei die Schaltelemente, die Schaltelementen des IC 16 entsprechen, das gleiche Bezugszeichen mit der Beifügung a haben. Zwar sind in der Figur Begrenzerdioden 24a und 26a (die in dem IC 16a enthalten sind) und ein Oszillatorschaltkreis 28a (gestrichelt gezeichnet) gezeigt, aber die Funktion dieser Schaltungselemente

ist, wie weiter unten näher erläutert ist, gemäß der Erfindung weitgehend von einem Widerstand 38 zunichte gemacht, der als Nebenwiderstand parallel zu den Dioden 24a und 26a geschaltet ist, um die Erzeugung des Summgeräusches zu verhindern. Zur Erläuterung dieses Umstandes der vorliegenden Erfindung sei angenommen, daß die Dioden 24a und 24b und der Oszillatorschaltkreis 28a wie in dem Videokanal arbeiten. In diesem Kanal ist das Ausgangssignal des Filters 14 von einem Verstärker 18a verstärkt und von einem Verstärker 22a und den Dioden 24a und 26b begrenzt. Der einer Multiplizierschaltung 20a zuzuführende Bildträger ist von dem Oszillatorschaltkreis 28a ausgewählt. Der Multiplizierer 20a liefert ein 41.75 MHz-frequenzmoduliertes Intercarrier-Signal an einen FM-Demodulator 34. Da das Referenzsignal in der Frequenz nicht synchron mit dem zu demodulierenden Trägersignal ist, d.h. dem 41.75-MHz-Tonträgersignal, arbeitet diese Anordnung als Produkt-Demodulator und nicht als Synchrondemodulator. Das Ausgangssignal des Demodulators 34 ist einem Stereodecoder 36 zugeführt, das L (Links)- und R (Rechts)-Basisband-Tonsignale an Tonverstärker liefert (nicht gezeigt).

Mit der bisher beschriebenen Tondemodulationsschaltung ist das Problem verbunden, daß die Amplitudenmodulation des Bildträgers den Widerstand und die Kapazität der Dioden 24a und 26a verändert, wodurch wiederum die Abstimmung und die Phasenverschiebung des Oszillatorschwingkreises 28a beeinflußt ist. Wie oben schon erklärt, wird hierdurch ein bei der Zeilenfrequenz und bei den Harmonisehen der Zeilenfrequenz ein PM-Signalanteil erzeugt, der in unerwünschter Weise von dem Demodulator 34 demoduliert wird. Im Monobetrieb wirken diese Signalanteile möglicherweise nicht störend, da sich die tiefste Frequenzkomponente des Störsignals bei der über dem Tonfrequenzband liegenden Zeilenfrequenz befindet. Bei Stereotonempfang können diese Signalkomponenten jedoch

so stark sein, daß sie wegen der größeren Bandbreite bei Stereobetrieb verglichen zu der Bandbreite bei Monobetrieb und wegen der daher notwendigerweise größeren Bandbreite des Demodulators 34 als Störgeräusch empfunden werden.

Dieses Problem wird gemäß vorliegender Erfindung dadurch gelöst, daß ein Widerstand 38 als Nebenwiderstand parallel zu den Dioden 24a und 26a geschaltet ist. Es wurde festgestellt, daß durch Widerstandswerte von ungefähr 15 bis

-^q Ohm für den Widerstand 38 die Phasenänderung erheblich reduziert wird, die sich aus den Änderungen der Diodenimpedanz ergeben.Außerdem ist die den Dioden 24a und 26a zugeführte Spannung vermindert, wodurch die Änderungen der Diodenimpedanz weiter verringert werden. Hierdurch wird

lg erreicht, daß die Schaltung 16a nun zur Demodulation von Fernseh-FM-Stereotonsignalen verwendet werden kann. Ferner wurde festgestellt, daß ein Widerstandswert von ungefähr 30 Ohm für den Widerstand 38 ganz besonders geeignet ist. Die Selektivität (d.h. der Q-Wert) des Oszillatorschwing-

2Q kreises 28a ist dann so gering, daß auf ihn verzichtet werden kann und er daher in der Figur nur gestrichelt gezeichnet ist.

Ohne den Oszillatorschwingkreis 28a haben beide Eingangssignale des Multiplizierers 20a im wesentlichen die gleichgroße Bandbreite, was die Verringerung der Phasenmodulation aufgrund auftretender Amplitudenmodulation durch die Impedanzänderungen von Schaltungsteilen im Multiplizierer 20, die mit Filterteilen in Wechselwirkung stehen, unterstützt, OQ die ansonsten vorhanden wären.

Am Ausgang des Multiplizierers 20a sind ein 4.5-MHz-Intercarrier-Tonsignal und ein Basisband-Videosignal erzeugt, die dem Demodulator 34 zugeführt sind. Da der Demodulator 34 auf 4.5 MHz abgestimmt ist, wird das Videosignal unterdrückt.

Eine vereinfachte Ausführungsform des Multiplizierers und des Begrenzers aus dem IC TA 7607 von Fig. 1 ist in Fig. 2 gezeigt. Der in Fig. 2 gezeigte Multiplizierer ist ein Vierquadrantenmultiplizierer. Wegen seiner symmetrischen Schaltungsanordnung ist er bezüglich der Spannungsversorgung weniger empfindlich als ein einfacher Diodenmischer. Die Leitungsschwellwerte von Diodenmischern, und folglich auch die Vorspannungsschaltungen, sind kritisch und ändern sich mit der Temperatur. Das macht es schwierig, für alle ¹^ Amplitudenänderungen des Bildträgers einen Mischbereich bei einem Diodenmischer verläßlich festzulegen. Da vergleichen mit einer Diode der Vierquadrantenmultiplizierer eine symmetrische Schaltung ist, wird die Möglichkeit von Oszillationen und Gleichspannungsverschiebungen wesentlich verringert. Da ein Diodenmultiplizierer eine unsymmetrische Eintaktansteuerung benötigt, können Schwingungen aufgrund von Erdschleifen im IC und auch Gleichspannungsschwankungen zu einem Problem werden. Da ein Multiplizierer ferner im wesentlichen nur Produkte der Eingangssignale erzeugt, entstehen weniger Verzerrungsprodukte als bei einer Diode, die eine exponentielle Übertragungscharakteristik aufweist.

Der Verstärker 22a in Fig. 2 umfaßt Transistoren 100, 101, 102 und 103 und Stromquellen 104 und 105. Die Transistoren TOO und 103 sind von dem Verstärker 18a durch Emitterfolger-Transistoren 106 bzw. 107 angesteuert. Der Multiplizierer 20a umfaßt Transistoren 108 bis 113. Die Transistoren 108 und 109 bilden eine erste, die Transistoren 112, 113 eine zweite Differenzschaltung. Transistoren 110, 111 sind Emitterfolger. Der Verstärker 18a steuert die Transistoren 108 und 109 durch den Transistor 106 an und die Transistoren 112 und 113 durch den Transistor 107. Der Verstärker 22a steuert die Transistoren 110 und 111 von seinen Transistoren 101 bzw. 102 aus an, wobei die Dioden 24a und 26a in dem Ansteuersignal liegen.

l Wenn erforderlich können die IC 16 und 16a auf einem einzigen Chip kombiniert werden, wie es in Fig. 1 mit gestrichelten Linien 40 angedeutet ist. Diese und weitere Fortbildungen der Erfindung liegen innerhalb des in den Ansprüchen

5 beanspruchten Schutzbereichs.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   (1. Schaltung in der Schaltungsstufe eines Fernsehsystems
   zur Verarbeitung eines einen frequenzmodulierten Tonträger und einen amplitudenmodulierten Videoträger
   enthaltenden ZF-Signals mit:

   getrennten Kanälen zur Demodulation des Bild- und Tonträgers ,

   einer Vorrichtung zur Kopplung (14) des den amplitudenmo-10 dulierten Videoträger und den freguenzmodulierten Tonträger enthaltenden ZF-Signals an den Tonkanal, und

   einer Multipliziervorrichtung (20a, 22a, 24a, 26a) in dem Tonkanal zur Gewinnung eines frequenzmodulierten Ausgang-Intercarrier-Tonsignals, wobei das Intercarrier-Tonsignal unerwünschte frequenzmodulierte Signalanteile aufgrund unerwünschter Phasenverschiebungen enthalten kann, gekennzeichnet durch

   eine an die Multipliziervorrichtung (20a, 22a, 24a, 26a) gekoppelte Reduziervorrichtung (38), die jede wesentliche Phasenverschiebung aufgrund von Impedanzänderungen in Schaltungsteilen des Multiplizierers in Reaktion auf Amplitudenänderungen des amplitudenmodulierten Videoträgers verhindert.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Multiplizierer eine Begrenzervorrichtung mit einem nichtlinearen Impedanzelement zur Erzeugung einer amplitudenbegrenzten Signalversion des ZF-Signals umfaßt, wobei das begrenzte Signal empfindlich gegen unerwünschte Phasenverschiebungen ist, die sich entsprechend dem modulierten Videoträger aufgrund des Ansprech ens des nichtlinearen Impedanzelementes auf die Amplitude des modulierten Videoträgers ändern, und bei der

   die Multipliziervorrichtung umfaßt einen ersten Eingang, der so gekoppelt ist, daß er das ZF-Signal empfängt, einen zweiten Eingang, der so gekoppelt ist, daß er das begrenzte ZF-Signal empfängt und einen Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Reduziervorrichtung (38) an den Amplitudenbegrenzer an dem zweiten Multiplizierereingang gekoppelt ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduziervorrichtung einen Widerstand umfaßt, der parallel zur Begrenzervorrichtung gekoppelt ist.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 3, bei der das nichtlineare Impedanzelement zwei antiparallel verbundene Dioden umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduziervorrichtung parallel zu den Dioden gekoppelt ist.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einen Wert von 15 bis 150 Ohm aufweist.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert 30 Ohm ist.
7. 7. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Begrenzervorrichtung

   und der Multiplizierer in einer integrierten Schaltung Q enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduziervorrichtung einen Widerstand umfaßt, der sich außerhalb der integrierten Schaltung befindet.