DE3855754T2 - Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung für einen Videosignalprozessor - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein automatisches Verstärkungsregelungs-(AGC)-Systm für einen Video-Signalprozessor, z.B. für einen Fernsehempfänger.
• Aus US-A-3,697,883 und US-A-4,237,490 ist es beispielsweise bekannt, daß Signalempfänger im allgemeinen mit einem automatischen Verstärkungsregelungs-(AGC)-System versehen sind, um den Pegel des einer Detektorstufe des Empfängers zugeführten Signals über einem verhältnismäßig breiten Bereich von Änderungen des Pegels des empfangenen Signals weitgehend konstant zu halten. In einem Fernsehempfänger erzeugt beispielsweise das AGC-System eine AGC-Spannung, um die Verstärkung des Hochfrequenz-(HF)- und Zwischenfrequenz-(ZF)-Verstärkers zu vermindern, wenn die Größe des empfangenen Signals zunimmt.
• Um das beste Signal/Rausch-Verhältnis für einen gegebenen Empfänger zu erhalten, arbeitet der HF-Verstärker in einem Bereich von empfangenen Signalen, die einen niedrigen Pegel haben, mit voller Verstärkung, während die Verstärkung des ZF-Verstärkers vermindert wird. Wenn der Signalpegel ausreichend zunimmt, wird die Verstärkung des HF-Verstärkers vermindert. Der Übergangspunkt, bei dem der HF-Verstärker beginnt, weniger als die volle Verstärkung aufzuweisen, wird manchmal auch als HF-AGC- Verzögerungspunkt bezeichnet.
• Der Übergang von maximaler HF-Verstärkung für kleine Signale oberhalb des Verzögerungspunktes auf verringerte HF-Verstärkung für Signale unterhalb des Verzögerungspunktes, oder umgekehrt, wird durch eine AGC-Verzögerungsschaltung gesteuert. Die AGC- Verzögerungsschaltung kann viele Formen annehmen und enthält üblicherweise eine Schwellwert-Vergleichsschaltung, die auf eine ZF-AGC-Spannung anspricht, die dem ZF-Verstärker zugeführt wird. Der Schwellwert der Vergleichsschaltung entspricht dem HF-AGC- Verzögerungspunkt. Ein Ausgangssignal von der Vergleichsschaltung wird dem HF-Verstärker zugeführt, um die maximale HF-Verstärkung zu erzeugen, wenn die ZF-AGC-Spannung das Vorhandensein eines Bereiches von schwachen Signalen anzeigt, und um eine verminderte HF-Verstärkung zu erzeugen, wenn die ZF-AGC-Spannung das Vorhandensein stärkerer Signale anzeigt.
• Es wurde hier erkannt, daß unter bestimmten Umständen der HF-Verstärker veranlaßt werden kann, in ungeeigneter Weise einen Zustand hoher Verstärkung bei Vorhandensein von empfangenen großen Signalen einnehmen kann. Es wurde beobachtet, daß dieser Zustand in Abhängigkeit von einer Eingangs-ZF-AGC-Spannung der Vergleichsschaltung auftritt, dessen Größe ausreicht, daß das HF-ZF-AGC-System ein "latch-up" erfährt. Dies bewirkt, daß der HF-Verstärker in ungeeigneter Weise bei Vorhandensein eines starken Signals eine hohe Verstärkung aufweist, wenn eine geringere Verstärkung erforderlich ist. Dieser Zustand kann auftreten, wenn beispielsweise von einem Kanal mit schwachem Signal auf einen Kanal mit starkem Signal übergegangen wird. Eine solche HF-Verstärkung bei Vorhandensein von starken Signalen führt zu einer Überlastung des HF-Verstärkers mit damit einhergehenden sichtbaren Bild-"Schwebungen" (beats) aufgrund von Intermodulationsprodukten und sollte vermieden werden.
• Der beschriebene unerwünschte Verriegelungszustand kann vermieden werden, indem große Signale mittels eines Eingangs-Signalbegrenzers daran gehindert werden, in das ZF-System zu gelangen. Diese Lösung ist jedoch wegen durch die Begrenzungswirkung eingeführte Nicht-Linearitäten unerwünscht.
• Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung vorgesehen umfassend: einen Hochfrequenz- (HF)-Verstärker mit veränderbarer Verstärkung, der einen Verstärkungsregelungs-Eingang und einen HF-Signaleingang besitzt; eine Vergleichsschaltung, die einen ersten Schwellwertpegel und einen Eingang zum Empfang eines Signals hat, das repräsentativ für ein Videosignal ist, um an den Verstärkungsregelungs-Eingang des Verstärkers ein Verstärkungsregelungs-Signal zu liefern, um die Signalverstärkung des Verstärkers zu ändern, wenn die Größe des repräsentativen Signals den ersten Schwellwert kreuzt, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Klemmschaltung, die mit dem Eingang der Vergleichsschaltung verbunden ist, um eine Zunahme des empfangenen repräsentativen Signals (ZF - AGC) auf einen Pegel (Vc) zu begrenzen, um die Vergleichsschaltung daran zu hindern, auf eine Erhöhung des repräsentativen Signals über einen zweiten Schwellwertpegel hinaus anzusprechen, bei dem die Vergleichsschaltung ein falsches Ausgangs- Verstärkungsregelungs-Signal erzeugt.
• In den Zeichnungen stellen dar:
• Fig. 1 einen Teil eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Fernsehempfängers mit einer AGC- Schaltung; und
• Fig. 2 eine Verstärkungsregelungs-Charakteristik, die für das Verständnis des Betriebs der Schaltung von Fig. 1 hilfreich ist.
• In Fig. 1 empfängt ein Tuner 22, der einen in seiner Verstärkung regelbaren HF-Verstärker 23 enthält, ein HF-Fernsehsignal von einer Quelle 20. Der Tuner übersetzt selektiv das HF- Signal eines ausgewählten TV-Kanals in ein Zwischenfrequenz- (ZF)-Signal, das Video- und Tonträger mit beispielsweise einer Frequenz von 45,75 MHz bzw. 41,25 MHz gemäß der NTSC-Norm in den Vereinigten Staaten enthält. Das ZF-Signal enthält einen amplitudenmodulierten (AM) Videoträger vom Rest-Seitenband-Typ, der die zusammengesetzte Video-Information darstellt, und einen frequenzmodulierten (FM)-Tonträger, der die Toninformation enthält.
• Das ZF-Ausgangssignal vom Tuner 22 wird Eingängen eines Zwei-Kanal-ZF-akustischen Oberflächen-Wellen-(SAW)-Filters 24 zugeführt, z.B. dem T1802-SAW-Filter, das von der Toshiba Corporation erhältlich ist. Das ZF-Signal vom Tuner 22 wird in zwei getrennte Kanäle für die Demodulation der Ton- und Video-Information gemäß dem quasi-parallelen Prinzip über die beiden Kanäle des SAW-Filters 24 aufgespalten, wobei jeder Kanal einen Bandpaßverlauf um den jeweiligen Träger aufweist. Ein erster Differential-Ausgang 24a des SAW-Filters 24, der dem Videokanal zugeordnet ist, wird den Signal-Eingangsanschlüssen 4 und 5 eines Netzwerks 25 zugeführt, das eine integrierte Schaltung sein kann. Der Videokanalteil des SAW-Filters 24, der dem Ausgang 24a zugeordnet ist, besitzt einen Verlauf, der an die Rest-Seitenband-Video-Komponente des ZF-Signals angepaßt ist, und der das 41,25 MHz-Tonträgersignal dämpft. Der Tonkanalteil des SAW-Filters 24, der einem Differentialausgang 24b zugeordnet ist, wird Ton-ZF-Signalverarbeitungsschaltungen von bekanntem Aufbau (nicht dargestellt) zugeführt.
• In dem Video-ZF-Kanal wird die Video-Komponente des ZF-Signals an den Eingangsanschlüssen 4 und 5 einer ZF-Verstärkerstufe 50 zugeführt, die mehrere in der Verstärkung regelbare ZF- Verstärker enthält. Eine verstärkte Video-Komponente von der Stufe 50 wird wechselstromgekoppelt einem Begrenzer 52 und einem Video-Detektor 54 (z.B. einem Vier-Quadranten-Vervielfacher) zugeführt. Eine Bandpaßfilter-Tankschaltung 59, die über Anschlüsse 6 und 7 mit einem Ausgang des begrenzers 52 verbunden ist, ist auf die Video-Trägerfrequenz von 45,75 MHz abgestimmt.
• Der Begrenzer 52, das Filter 59 und der Video-Detektor 54 bilden einen synchronen Video-Detektor zur Erzeugung eines zusammengesetzten Basisband-Videosignals am Ausgang des Detektors 54. Das gleichgerichtete zusammengesetzte Videosignal wird über einen Verstärker 55 einem Rausch-Inverter 56 zugeführt, der in diesem Fall die ins Schwarze verlaufenden Impulse unter einen gegebenen Schwellwertpegel invertiert, um die Rauschimpulse daran zu hindern, daß sie den Betrieb der nachfolgenden Synchronsignal-Abtrennschaltungen unterbrechen, und um zu verhindern, daß die Rauschimpulse die automatische Verstärkungsregelungs- (AGC)-Wirkung stören.
• Der Basisband-Video-Signalausgang des Rausch-Inverters 56 wird über einen Anschluß 8 einem Videosignal-Prozessor 60 zugeführt, der z.B. eine Synchronsignal-Abtrennstufe, Luminanz- und Chrominanz-Frequenzauswahl und Luminanz- und Chrominanz-Verarbeitungsschaltungen enthält, um in bekannter Weise das Farbbild darstellende Signale R, G und B zu erzeugen. Das Basisband-Video-Ausgangssignal von dem Rausch-Inverter 56 wird ferner einem AGC-Detektor 62 zugeführt, der die Horizontal-Synchron-Komponente des Basisband-Videosignals einer Spitzen-Gleichrichtung unterzieht, um eine AGC-Regelspannung zu erzeugen, die auf die Größe der Synchronsignal-Komponente bezogen ist. Die an dem AGC- Filterkondensator 64 erzeugte AGC-Regelspannung, die einem Anschluß 9 einer Schaltung 25 zugeführt wird, hat eine Größe, die auf die Größe des gleichgerichteten Videosignals bezogen ist.
• Die AGC-Spannung wird auch über einen strombestimmenden Widerstand 65 einem einen Widerstand 68 und einen Speicherkondensator 69 enthaltenden AGC-Filternetzwerk zugeführt, das mit dem Anschluß 1 der Schaltung 25 verbunden ist. Eine AGC-Regelspannung, die am Anschluß 1 erscheint, wird über einen AGC-Verstärker 66 einem Verstärkungsregelungs-Eingang der ZF-Verstärkerstufe 50 zugeführt, um die Verstärkung der Verstärker innerhalb der Stufe 50 gemäß dem Pegel des gleichgerichteten Videosignal- Synchronimpulses zu regeln, um eine gewünschte Signalverstärkung für den ZF-Videokanal aufrechtzuerhalten.
• Wie nachfolgend in Einhelheiten erläutert wird, wird die AGC-Spannung am Anschluß 1 auch einer HF-AGC-Verzögerungsschaltung zugeführt, die eine Vergleichsschaltung 70 enthält. Die Vergleichsschaltung 70 liefert ein AGC-Signal an einen Verstärkungsregelungs-Eingang des HF-Verstärkers 23 im Tuner 22. Die Vergleichsschaltung 70 spricht auf eine Bezugs-Spannung von einem Potentiometer an, das mit dem Anschluß 2 und der ZF-AGC- Spannung vom Anschluß 1 verbunden ist. Die Vergleichsschaltung liefert ein Ausgangs-Verstärkungsregelungs-Signal, das die Signalverstärkung des HF-Verstärkers 23 bestimmt. Das Potentiometer 74 errichtet den Betriebs-Schwellwert der Vergleichsschaltung 70, um den AGC-Verzögerungspunkt zu bestimmen, bei dem die Vergleichsschaltung 70 arbeitet, um eine Verstärkungsregelungs- Information dem EF-Verstärker 23 zuzuführen, um seine Verstärkung zu ändern.
• Die Vergleichsschaltung 70 enthält PNP-Transistoren 80 und 81, die als Differential-Vergleichsschaltung mit einem zugeordneten Stromquellen-Transistor 82 angeordnet sind. Ein Basis-Eingang des Transistors 81 empfängt eine Schwellwert-Leitfähigkeits-Bezugsspannung vom Potentiometer 74. Ein Basis-Eingang des Transistors 80 empfängt das ZF-AGC-Signal vom Anschluß 1 über einen Emitterfolger-Transistor 84. Ein Kollektorausgang des Vergleichsschaltungs-Transistors 80 liefert ein Verstärkungsregelungs-Signal an den Verstärkungsregelungs-Eingang des HF-Verstärkers 23 über einen Inverter-Verstärker 85 und den Anschluß 3. Der Verstärker 85 liefert eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einem Strom-Eingang, z.B. als Differentialverstärker mit einem virtuellen Masse-Eingang.
• Der Transistor 80 ist normalerweise nicht-leitend in Abhängigkeit von einer großen positiven AGC-Spannung, die repräsentativ für empfangene kleine Signale ist, an der Basis des Transistors 80. Der Verstärker 23 hat seine volle Verstärkung in Abhängigkeit von empfangenen kleinen Signalen und hat eine verminderte Verstärkung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Transistors 80. Der Transistor 80 beginnt zu leiten, wenn die AGC-Spannung an der Basis des Transistors 80 beim Vorhandensein von empfangenen großen Signalen zunehmend weniger positiv wird, wobei das dem HF-Verstärker 23 zugeführte AGC-Signal sich so ändert, daß die Signalverstärkung des Verstärkers 23 vermindert wird. Die nachfolgende Diskussion der Arbeitsweise der Schaltung 70 erfolgt in bezug auf die in Fig. 2 dargestellte AGC-Charakteristik.
• Fig. 2 veranschaulicht den Verlauf einer gewünschten HF-AGC- Spannung über der ZF-AGC-Spannung, um Signalstärken zu verändern, was durch den als durchgehende Linie dargestellten Verlauf angezeigt wird. Bei diesem Beispiel nimmt die ZF-AGC-Spannung vom AGC-Detektor 62 bei abnehmender Signalstärke zu (sie wird positiver). Die AGC-Wirkung tritt üblicherweise oberhalb einer ZF-AGC-Spannung VN auf. Die AGC-Spannungen unterhalb der Spannung VN sind sehr großen Signalen zugeordnet, die dem ZF-Verstärker 50 zugeführt werden, die nur unter bestimmten zu erläuternden Umständen auftreten. Somit ist die HF-AGC-Spannung auf einem verhältnismäßig niedrigen Pegel V1, um eine minimale HF- Verstärkung oberhalb eines vorgegebenen Signalpegels zu erzeugen, wenn die ZF-AGC-Spannung in Abhängigkeit von empfangenen sehr starken Signalpegeln weniger positiv wird.
• Der Transistor 80 ist leitend, wenn die ZF-AGC-Spannung kleiner ist als ein Schwellwertpegel VT1. Zu dieser Zeit hat der Verstärker 23 eine vermidnerte Verstärkung. Die Leitfähigkeit des Transistors 80 hört oberhalb des Schwellwerts VT1 auf, und die Verstärkung des Verstärkers 23 ist auf einem Maximum (volle Verstärkung), wenn der ZF-AGC-Signaleingang zum Vergleichsschaltungs-Transistor 80 in Abhängigkeit von empfangenen kleineren Signalen zunehmend positiver wird. Die Verstärkung für diesen Systemzustand ist eine Kombination einer festen maximalen HF- Verstärkung und einer veränderbaren ZF-Verstärkung in Abhängigkeit von der veränderbaren ZF-AGC-Spannung.
• Der Teil des Verlaufs, der durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist, ist unerwünscht und gehört zu einem Zustand mit Systemfehler. Dieser Verlauf verursacht eine unerwünschte Erhöhung der HF-AGC-Spannung und der HF-Verstärkung beim Zustand starker Signale, wodurch eine Überlastung des HF-Verstärkers 23 verursacht wird. Wenn dies auftritt, hält sich der Fehlerzustand selbst aufrecht, was aus dem folgenden Beispiel ersichtlich ist.
• Der HF-Verstärker 23 besitzt eine maximale Verstärkung, wenn der Empfänger auf eine Station mit schwachem Signal abgestimmt ist. Wenn der Empfänger dann auf eine Station mit starkem Signal abgestimmt wird, bleibt der HF-Verstärker 23 in einem Zustand maximaler Verstärkung während einer Zeitdauer, die auf der langen AGC-Zeitkonstante des Tuners beruht, die bis zu 2 Sekunden lang sein kann. Die Kombination des empfangenen starken Signals mit der maximalen Verstärkung des HF-Verstärkers 23 führt dazu, daß das Eingangssignal zum ZF-Verstärker 50 eine ungewöhnlich hohe Größe hat. Ein so großes Signal bewirkt, daß die ZF-AGC- Spannung unter die Schwellwertspannung VT2 fällt (weniger positiv als diese wird), was zu einer erhöhten Leitfähigkeit und Sättigung des Vergleichsschaltungs-Transistors 80 führen kann.
• Die Sättigung des Transistors 80 bewirkt, daß die Verstärkung des HF-Verstärkers 23 in ungeeigneter Weise bei einem starken Signalzustand auf ein Maximum zunimmt, wodurch der Fehlerzustand sich selbst aufrechterhält. Genauer gesagt ist ein Kollektorstrom "I" des Transistors 80 im wesentlichen Null, wenn der Transistor 80 nicht leitend ist, wodurch der Verstärker 23 seine volle Verstärkung aufweist. Die Verstärkung des Verstärkers 23 nimmt in Abhängigkeit von einer Zunahme des Pegels des Stroms I zu, wenn der Transistor 80 leitend wird.Die Sättigung des Transistors 80 verursacht, daß der Strom I im wesentlichen Null wird oder sogar seine Richtung in Abhängigkeit von einer ausreichend negativ verlaufenden Basis-Spannung des Transistors 80 umkehrt, wodurch der HF-Verstärker 23 in unerwünschter Weise eine erhöhte Verstärkung aufweist.
• Der Zustand des Systemfehlers und das zugehörige unerwünschte HF-AGC-Ansprechen werden durch eine Klemmschaltung verhindert, die den Betrieb der Vergleichsschaltung 70 außerhalb eines vorgegebenen Pegels des ZF-AGC-Eingangssignals sperrt. Dies verhindert, daß das zuvor erwähnte unerwünschte falsche HF- AGC-Signal erzeugt wird. Die Klemmschaltung enthält einen normalerweise nicht leitenden Klemm-Transistor 90, dessen Emitter mit dem Signaleingang der Vergleichsschaltung 70 am Basis-Eingang des Transistors 80 verbunden ist. Ein Spannungsteiler mit den Widerständen 91 und 92 liefert die Basis-Vorspannung für den Transistor 90. Der Transistor 90 wird so vorgespannt, daß er leitet, wenn die Eingangs-ZF-AGC-Spannung kleiner als die Spannung Vn aber größer als die Spannung VT2 ist, wodurch das Klemmen des Basis-Eingangs des Transistors 80 auf eine Spannung VC eine Sättigung des Transistors 80 verhindert. Demzufolge wird der Verriegelungszustand des Systems und der Zustand der unerwünscht hohen Verstärkung des Verstärkers 23 bei Vorhandensein von sehr großen Signalen verhindert.
• Eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Vorrichtung kann in Verbindung mit anderen Videosignal-Verarbeitungssystemen als einem Fernsehempfänger nützlich sein, z.B. bei einem Video-Kassettenrecorder.

Claims (3)

1.) Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC) umfassend:

einen Hochfrequenz-(HF)-Verstärker (23) mit veränderbarer Verstärkung, der einen Verstärkungsregelungs-Eingang und einen HF-Signaleingang besitzt;

eine Vergleichsschaltung (80, 81, 82), die einen ersten Schwellwertpegel und einen Eingang zum Empfang eines Signals hat, das repräsentativ für ein Videosignal ist, um an den Verstärkungsregelungs-Eingang des Verstärkers ein Verstärkungsregelungs-Signal zu liefern, um die Signalverstärkung des Verstärkers zu ändern, wenn die Größe des repräsentativen Signals den ersten Schwellwert kreuzt,

gekennzeichnet durch:

eine Klemmschaltung (90), die mit dem Eingang der Vergleichsschaltung verbunden ist, um eine Zunahme des empfangenen repräsentativen Signals (ZF AGC) auf einen Pegel (Vc) zu begrenzen, um die Vergleichsschaltung daran zu hindern, auf eine Erhöhung des repräsentativen Signals über einen zweiten Schwellwertpegel hinaus anzusprechen, bei dem die Vergleichsschaltung ein falsches Ausgangs-Verstärkungsregelungs-Signal erzeugt.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker in einem Hochfrequenz-(HF)-Tuner (22) angeordnet ist und normalerweise kleine HF-Signale mit voller Verstärkung verarbeitet und der Verarbeitung großer HF-signale mit weniger als der vollen Verstärkung unterworfen ist;

daß die Vergleichsschaltung (80, 81, 82) einen Schwellwert- Leitfähigkeitspegel (VTI) enthält und einen Eingang (Basis von 80) zum Empfang des repräsentativen Signals hat, um das Verstärkungsregelungs-Signal an den Verstärkungsregelungs-Eingang des Verstärkers (23) zu liefern, um zu bewirken, daß der Verstärker die weniger als volle Verstärkung aufweist, wenn die Größe des repräsentativen Signals den ersten Schwellwertpegel bei Vorhandensein der großen HF-Signale kreuzt;

daß die Klemmschaltung (90) mit der Vergleichsschaltung verbunden ist, um das Ansprechen der Vergleichsschaltung auf die Zunahme des repräsentativen Signals über das zweite Schwellwertpegel-Signal hinaus bei Vorhandensein der großen HF-Signale zu sperren, um die Erzeugung der vollen Verstärkung bei Vorhandensein der großen HF-Signale zu verhindern.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das repräsentative Signal ein Zwischenfrequenz-AGC-Signal ist.