DE3447738A1

DE3447738A1 - Synchrondemodulator fuer amplitudenmodulierte signale

Info

Publication number: DE3447738A1
Application number: DE19843447738
Authority: DE
Inventors: Vincenzo Mailand/Milano Daniele; Guido S. Alessio Pavia Torelli
Original assignee: ATES Componenti Elettronici SpA; SGS ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1985-07-11
Anticipated expiration: 2004-12-22
Also published as: JPS60160208A; GB2152311B; GB2152311A; DE3447738C2; IT8324478A0; JPH0682986B2; KR850005044A; KR930007287B1; US4631485A; FR2557745A1; FR2557745B1; IT1212806B; GB8431860D0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchrondemodulator für amplitudenmodulierte Signale.

Die Synchrondemodulation eines amplitudenmodulierten Signals ist per se bekannt und allgemein verwendeter Stand der Technik.

Ausführungen dazu sind zum Beispiel in: H. Taub, D. Schilling, "Principles of communication Systems", McGrawHill, Kapitel 3, gemacht.

Die allgemeine Theorie sieht vor, daß bei einem gegebenen amplitudenmodulierten Signal, das durch die Formel:

s(t) = A (1 + m sin«; t) (sinto t),

. in ο

wobei

f = Modulationsfrequenz

f = Trägerfrequenz

m = Modulationsindex (0<m<l)

A = Trägeramplitude

ausgedrückt wird, die Synchrondemodulation durch Überlagern (d.h. durch Multiplikation) des modulierten Signals mit einem Signal (z.B. sinusförmig), dessen Frequenz f. gleich der des Trägers des oben erwähnten modulierten Signals ist, bewirkt wird.

Das zur Überlagerung verwendete Signal ist gegeben durch:

S= sin (co t + f . ) ,

b c b

wobei f, die Phasendifferenz zwischen dem Signal s. und dem Träger von s(t) is
auf eins normiert.

Träger von s(t) ist, und die Amplitude des Signals s, wurde

Das Ausgangssignal des Multiplizierers oder der Überlagerungsschaltung ist gegeben mit:

s_(t) = sin (ujt + f ) . A (1 + m sinca t) (sinto t) = -1/2 m c D m c

A (1+ m sinu;_mt) fcos (2 (Jt + Jf _fe) - cos f

Durch Anordnen eines Filters, das die höchsten Frequenzen von f abschneidet (z.B ein Tiefpaßfilter oder ein Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz entsprechend f ) am Ausgang des Multiplizierers, wird der Signalanteil mit einer Frequenz entsprechend 2 f abgeschnitten und folglich wird ein demoduliertes Signal, dessen Wechselkomponente dieselbe Frequenz wie die des modulierenden Signals hat, ausgegeben.

Die Amplitude des demodulierten Signals hängt jedoch von dem Wert des cos/, ab, das heißt von der Phasendifferenz zwischen dem modulierten Signal und dem für die Überlagerung verwendeten Signal. Für/, = 0 (Phasendifferenz gleich Null) wird die Amplitude des demodulierten Signals maximal; andererseits wird fUr/, = 90° (Träger und zur Überlagerung verwendetes Signal phasenverschoben) die Amplitude des demodulierten Signals Null. Aus dem Gesagten wird die Forderung f, = 0 abgeleitet, das heißt, das zur Überlagerung verwendete Signal stimmt nicht nur in der Frequenz, sondern auch in der Phase mit dem Träger des modulierten Signals überein.

Es kommt oft vor, daß die Frequenz des Trägers des modulierten Signals nicht genau gleich der des Überlagerungssignals ist, oder eine von beiden ist nicht konstant, wobei andererseits aber die Änderungen in einem bestimmten Bereich liegen. In einem solchen Fall unterscheiden sich die Frequenz f

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des Trägers und die Frequenz f. des zur Überlagerung verwendeten Signals gegenseitig um den sehr geringen Betrag if .

Für das Signal s,(t) gilt dann:

s, = sin

f„ b
wt + (Sio t + 1
C C

wobei 6 u)„ = 2¹JT^f.

Die Frequenzdifferenz bewirkt jedoch eine zeitlich variable Phasendifferenz, die im weiteren Verlauf in eine Art von Modulation des beschriebenen Signals umgeformt wird, für das nach Filtern mit einem Tiefpaßfilter gilt:

s. ,(t) = A/2 (1 + m sin « t) /cos ( ? . + ίω t)j

Mathematisch entspricht dies einer Überlagerung eines Signals (nicht sinusförmig) mit einer variablen Amplitude und Frequenz f mit einem anderen Signal einer Frequenz if .

Mit einem Hochpaßfilter kann die niederfrequente Komponente (Sf) des Signals s.,(t) ausgefiltert werden, wodurch ein Ausgangssignal s_d„(t) erhalten wird, für das gilt:

^s-jii(t) = A/2 . m sin CJ t cos /( f, + Su) t)/ d m L D ^c -J

Auch unter der Annahme, daß die Bedingung /_b = 0 beim Betrieb eingehalten wurde, repräsentiert ein solches Signal nicht das gewünschte Ergebnis, das heißt, ein Signal, das exakt dem ursprünglichen modulierten Signal entspricht, da zeitvariable Amplitudenspitzen anstatt konstanter Amplituden auftreten.

Dies bedeutet, daß die Detektion eines solchen Signals, genauer gesagt die Demodulation seines Informationsinhaltes

(zum Beispiel die Frequenz), sehr schwierig und unzuverlässig erscheint, da die Zeitabschnitte mit Amplitudenspitzen von minimalem Wert zu einem Detekt-ionsverlust führen können und folglich zu einem Informationsverlust in der Detektoreinrichtung. Mit anderen Worten, minimale Spitzen von zu geringem Wert können daher nicht erfaßt werden und können folglich zu einem Fehler des Detektors führen, wie zum Beispiel der Anzeige einer Frequenz, die von der entsprechenden der Sendeinformation abweicht. Dies führt dann zu einer fehlerhaften Wiedergabe derselben Information.

Im Hinblick auf das oben Gesagte ist es Aufgabe der Erfindung, einen Synchrondemodulator für amplitudenmodulierte Signale zu realisieren, der die sichere Erfassung von Informationen, die in dem modulierten Signal .enthalten sind, auch beim Auftreten geringer Frequenzdifferenzen zwischen dem modulierten Trägersignal und dem damit überlagerten Signal, ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Einrichtung eines Synchrondemodulator gelöst, mit einer ersten Überlagerungsschaltung, die einen ersten, mit dem nodulierten Signal gespeisten Eingang und einen zweiten, mit einem im wesentlichen bei derselben Frequenz wie der Träger des modulierten Signals gespeisten Eingang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine zweite Überlagerungsschaltung mit einem ersten Eingang, der mit dem modulierten Signal gespeist wird, und einem zweiten Eingang, der mit dem Signal derselben Frequenz über einen Phasenschieber mit einer Phasendifferenz von 90° gespeist wird, einen Umschalter zum abwechselnden Verbinden des Ausgangs der ersten und zweiten Überlagerungsschaltung mit einem gemeinsamen Ausgang des Demodulators und eine Steuerschaltungseinrichtung mit einem Ansprechschwellenwert zur Umschaltung des Umschalters entsprechend der Amplitude des Signals am Ausgang der Überlagerungsschaltung, aufweist .

Mit anderen Worten, der erfindungsgemäße Synchrondemodulator beruht auf der Tatsache, daß dieser nicht mit einer, sondern mit zwei phasenverschobenen Überlagerungen arbeitet, so daß dieselbe Anzahl gleicher Signale s.„(t), aber mit um 90° phasenverschobenen Amplituden erzeugt wird, wodurch die minimale Spitze der ersten Überlagerung zeitlich mit der maximalen Spitze der zweiten zusammenfällt, und umgekehrt. Die von der jeweiligen Steuereinrichtung (versehen mit einem geeigneten Schwellenwertdetektor) gesteuerten Umschaltungen des Umschalters ermöglichen es dann zu jeder Zeit, das Signal mit der maximalen Spitze auszuwählen, wodurch am Ausgang ein demoduliertes Signal mit stets ausreichender Amplitude zur vollständigen und korrekten Erfassung der in demselben Signal enthaltenen Information (zum Beispiel der Frequenz) erhalten wird.

Mit einer geeignet phasenverschobenen zweiten Überlagerung und der abwechselnden Auswahl des Signals mit größerer Amplitude, wird somit die ungenügende Übereinstimmung des Ausgangssignals einer einzelnen Überlagerungsschaltung mit dem ursprünglich modulierenden Signal, aufgrund einer möglichen schlechten Frequenzübereinstimmung zwischen dem Träger des modulierten Signals und dem zur Überlagerung verwendeten Signal, kompensiert.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 das Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Synchrondemodulators;

Fig. 2-8 den Verlauf der Signale in dem Demodulator; und

Fig. 9 eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform

des Synchrondemodulators.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Synchrondemodulator dargestellt, der zwei Überlagerungsschaltungen 1 und 2 aufweist, von denen die erste einen ersten Eingang, der mit dem amplitudenmodulierten Signal s(t) und einen zweiten Eingang, der mit einem Signal s,, das dieselbe Frequenz wie der Träger des modulierten Signals hat, gespeist wird, aufweist, während die zweite einen ersten Eingang, der mit dem modulierten Signal s(t) gespeist wird und einen zweiten Eingang, der mit dem gleichfrequenten Signal s, über einen Phasenschieber 3, der eine Verschiebung mit einer Phasendifferenz von 90° ermöglicht, gespeist wird, aufweist.

Die Ausgangssignale der Überlagerungsschaltungen 1 und 2, die jeweils Tiefpaßfilter 10 und 11 und Hochpaßfilter 4 und 5 aufweisen, werden auf den Umschalter 6 geleitet, der diese abwechselnd auf den gemeinsamen Ausgang des Demodulators, der mit einem geeigneten Informationsdetektor oder einer Erkennungsschaltung 7, zum Beispiel einem Frequenzdetektor, verbunden werden kann, schaltet.

Der Umschalter 6 wird durch eine Steuerschaltung 8 entsprechend der Amplitude der gefilterten Signale, die von den Überlagerungsschaltungen 1 und 2 geliefert werden, angesteuert, wobei die Steuerschaltung zu diesem Zweck einen geeigneten Schwellwertdetektor (nicht gezeigt), der innerhalb oder außerhalb derselben Schaltung angeordnet ist, verwendet.

Der in Fig. 1 gezeigte Synchrondemodulator arbeitet auf die im folgenden beschriebene Weise. Das modulierte Signal s(t), das von einem Träger P mit einer Frequenz f , der von einem modulierenden Signal M (zum Beispiel sinusförmig) mit einer Frequenz f amplitudenmoduliert wird, wird, wie in Fig. 2 gezeigt, in einer Überlagerungsschaltung 1 mit einem Signal s_b mit im wesentlichen der gleichen Frequenz wie der Träger P und in einer Überlagerungsschaltung 2 mit demselben Signal

s_fe, das durch einen Phasenschieber 3 um 90° phasenverschoben ist, überlagert.

Folglich ergeben sich an den Ausgängen der Überlagerungsschaltungen 1 und 2 nach den Tiefpaßfiltern 10 und 11 Signale mit phasenverschobenen Amplituden

s_dl'(t) = A/2 (1 + m sinw_mt) /cos (/_b + ζυ _ct)7 s-j,¹ (t) = A/2 (1 + m sin cJ t) /cos (/_h + 90°+£w t),

deren Form in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, das heißt, Signale, bei denen eine Komponente (nicht sinusförmig) mit einer Frequenz f einer anderen Komponente mit einer Frequenz ί f überlagert ist, wobei ö f der Restfehler zwischen

C C

dem Träger P des modulierten Signals und dem zur Überlagerung verwendeten Signal s, ist.

Die niederfrequente Komponente (S f ) eines solchen Signals wird dann durch Hochpaßfilter 4 und 5 eliminiert, an deren Ausgang jeweils Signale mit phasenverschobenen Amplituden anstehen

^Sdl

"(t) = A/2 . m sin co _mt /cos (/_fe +£_c"t)7

^Sd2

"(t) = A/2 . m sin u) _mt fcos (Y_b + 90° + ίω _Qt),

deren Verlauf in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist, das heißt Signale, die dieselbe Frequenz f wie das modulierende Signal haben, diese aber zwischen minimalen und maximalen Werten variable Amplitudenspitzen aufweisen.

Es ist offensichtlich, daß jedes der Signale, wenn es getrennt verarbeitet wird, zu Problemen in dem Informationsdetektor 7 führen würde, der dann die Spitzen minimaler Höhe nicht erfassen würde und folglich eine veränderte Information detektiert, die im wesentlichen nicht der des gesendeten modulierten Signals entspricht. Insbesondere wird, wenn die

zu erfassende Information eine Frequenz ist und der Detektor 7 zum Beispiel ein Digitalzähler, die gewünschte Information wie in Fig. 7 gezeigt durch Rechteckpulsgruppen, die voneinander durch Freiräume getrennt sind, anstatt durch eine einzelne Rechteckschwingung mit konstanter Frequenz f entsprechend dem gesendeten modulierten Signal, wiedergegeben.

Es ist jedoch der Umschalter 6 vorgesehen, der von der Steuerschaltung 8 mit dem einen oder anderen der beiden Hochpaßfilter A und 5 verbunden wird und folglich mit den Überlagerungsschaltungen 1 und 2, entsprechend dem Momentanwert der Amplitudenspitzen der Signale s,-„(t) und s,₂„(t). Genauer gesagt ist der Umschalter 6 auf eines der Hochpaßfilter (das Filter 4 in Fig. 1) geschaltet, solange die Amplitudenspitze des relativen Signals s_d,,(t) über dem von der Steuer- schaltung 8 vorgegebenen Schwellenwert verbleibt, während dieser sofort auf das andere Hochpaßfilter (das Filter 5 in Fig. 1) geschaltet wird, sobald die Amplitudenspitze des oben erwähnten Signals unter den Schwellenwert fällt. Dasselbe geschieht in umgekehrter Weise.

Folglich können durch Aufnehmen von Spitzen, die entweder von dem einen oder dem anderen der beiden phasenverschobenen Signale s_dl„(t) und s_d2„(t) erfaßt werden, keine Informationsverluste festgestellt werden, und es wird schließlich damit ein demoduliertes Signal DM erhalten, das exakt dem modulierenden Signal M entspricht und die gesamte Information repräsentiert. Insbesondere ist in dem angeführten Beispiel der Frequenzinformation das demodulierte Signal so beschaffen, daß es einem Digitalzähler möglich ist, eine erfaßte Information in Form einer Rechteckschwingung konstanter Frequenz f , wie in Fig. 8 dargestellt, zu reproduzieren.

Die Ausführungsform des in Fig. 9 gezeigten Demodulators ist funktionell dieselbe. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten nur durch die Tatsache, daß ein einzelnes Bandpaßfilter 9 an dem gemeinsamen Ausgang des Demodulators angeordnet ist, anstatt daß, wie in Fig. 1 gezeigt, zwei Filterpaare 10, 11 und 4, 5 an den zwei Ausgängen der Überlagerungsschaltungen 1 und 2 angeordnet sind. In einem solchen Fall ist es der Steuerschaltung 8 möglich, das demodulierte Signal an dem gemeinsamen Ausgang des Demodulators aufzunehmen anstatt der beiden Signale an den Ausgängen der Filter 4 und 5.

Der in Fig. 9 dargestellte Demodulator hat den Vorteil, daß ein Filter eingespart wird. Andererseits ist eine gewisse Verzögerungszeit notwendig, bevor der Demodulator den normalen Betriebszustand erreicht hat.

Andere mögliche Lösungen, auch als Kombination der in Fig. 1 und 9 dargestellten Ausführungsformen können gefunden werden, ohne daß das Gebiet der Erfindung davon geändert wird.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O MM 15-3257 P/Ka/so SGS-ATES Component! Elettronici S.ρ.Α., Catania/Italien Synchrondemodulator für.amplitudenmodulierte Signale PATENTANSPRÜCHE

1. Synchrondemodulator für amplitudenmodulierte Signale, mit einer ersten Überlagerungsschaltung, die einen ersten, mit dem zu demodulierenden modulierten Signal gespeisten Eingang und einen zweiten,mit einem im wesentlichen bei derselben Frequenz wie der des Trägers des modulierten Signals, gespeisten Eingang aufweist, gekennzeichnet durch eine zweite Überlagerungsschaltung (2) mit einem ersten Eingang, der mit dem modulierten Signal gespeist wird und einem zweiten Eingang, der mit dem Signal derselben Frequenz über einen Phasenschieber (3) mit einer Phasendifferenz von 90° gespeist wird, einen Umschalter (6) zum abwechselnden Verbinden des Ausgangs der ersten und zweiten Überlagerungsschaltung (1, 2)

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 90 ■ HARTHAUSER STR. 25d · TEL. (0 89) 640 640

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mit einem gemeinsamen Ausgang des Demodulators und eine Steuerschaltungseinrichtung (8) mit einem Ansprechschwellenwert zur Steuerung der Umschaltung des Umschalters (6) entsprechend der Amplitude des Signals am Ausgang der Überlagerungsschaltungen (1, 2).

2. Synchrondemodulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Filter (4, 5, 10, 11), die an den Ausgängen der Uberlagerungsschaltungen (1, 2) zur Unterdrückung der Nieder- und Hochfrequenzkomponenten der jeweiligen Ausgangssignale angeordnet sind.

3. Synchrodemodulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Filter (9), der an dem gemeinsamen Ausgang des Demodulators angeordnet ist, so daß nieder- und hochfrequente Anteile des jeweiligen Ausgangssignals eliminiert werden.

4. Synchrondemodulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (8) so angeordnet ist, daß sie die Ausgangssignale der Uberlagerungsschaltungen (l, 2) erfaßt.

5. Synchrondemodulator nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (8) hinter dem Umschalter (6) zum Erfassen des demodulierten Signals an dem gemeinsamen Ausgang des Demodulators angeordnet ist.