DE3908243C2 - Frequenzmodulator mit PLL-Stabilisierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzmodulator ("FM-Modu­ lator") mit Phase-Lock-Loop-Stabilisierung ("PLL-Stabili­ sierung") gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Frequenzmodulator ist beispielsweise aus der DE-OS 35 31 946 bekannt.

Frequenzmodulatoren dieser Art werden insbesondere in Syn­ thesizern oder in FM-Steuerstufen beispielsweise von UKW-Rund­ funksendern eingesetzt. Der bekannte FM-Modulator be­ steht gemäß Fig. 1 aus einem Oszillator 1 mit einer Modu­ lationseinrichtung (Kapazitätsdioden) mit der eine Fre­ quenzmodulation ("FM") realisiert werden kann. Damit die Hochfrequenz-Mittenfrequenz f_RF (Trägerfrequenz) frequenzmäßig stabilisiert wird, wird der Oszillator 1 mit einer Regelschleife versehen. Die Regelschleife besteht aus einem Teiler 2 - der auch programmierbar sein kann -, einem Phasendiskriminator 3, einem Vergleichsnormal 6, ei­ nem Schleifenfilter 4 und einen Summationsglied 5.

Die Funktion dieser Schaltung kann folgendermaßen be­ schrieben werden:
Zunächst wird angenommen, daß kein Modulationssignal am Modulationseingang 10 anliegt (also keine FM gewünscht wird). Das Trägersignal f_RF, beispielsweise von der Fre­ quenz 100 MHz, wird durch den Teiler 2 (÷ N) herunterge­ teilt, beispielsweise auf 1 kHz, und mit dem Vergleichs­ normal, beispielsweise der Frequenz 1 kHz, verglichen. Die Trägerfrequenz f_RF wird solange verändert, bis das heruntergeteilte Trägerfrequenzsignal der Frequenz f_IST und das Vergleichsnormal 2 die gleiche Frequenz und damit eine unveränderliche Phasenbeziehung zueinander haben. Das Schleifenfilter 4 wird so dimensioniert, daß die Ver­ gleichsfrequenz f_SOLL herausgefiltert wird, so daß die Re­ gelspannung im eingeschwungenen Zustand eine Gleichspan­ nung ist.

Wird nun eine Spannung der Frequenz f_MOD an den Modulati­ onseingang 10 gelegt, so ändert sich die Frequenz des Os­ zillators 1, und am Ausgang des Teilers 2 entsteht ein Si­ gnal, das entsprechend in der Phase variiert ist. Die Re­ gelschleife versucht nun, diese gewünschte Phasenmodula­ tion herauszuregeln, so daß der eigentliche Modulations­ vorgang qualitätsmindernd beeinflußt wird. Um dies zu ver­ hindern muß das Schleifenfilter 4 so dimensioniert werden, daß die Zeitkonstante τ des Schleifenfilters 4 viel klei­ ner ist als die Periodendauer der tiefsten zu übertragen­ den Modulationsfrequenz f_min.

Diese Phasenmodulation des Signals am Ausgang des Teilers 2 ist dafür verantwortlich, daß im Phasendiskriminator 3 auch Mischfrequenz-Signale entstehen, die der Regelspan­ nung überlagert werden. Kritisch sind insbesondere Modula­ tionsfrequenzen, die annähernd gleich sind der Frequenz f_SOLL des Vergleichsnormals 6 (im ausgewählten Beispiel mit f_SOLL = 1 kHz wären beispielsweise Modulationsfrequen­ zen zwischen 990 und 1010 Hz besonders kritisch), da deren Überlagerung mit dem Vergleichsnormal-Signal Schwebungen im Phasendiskriminator hervorrufen mit Schwebungsfrequen­ zen |f_IST-f_SOLL| und |f_IST+f_SOLL|.

Während die Schwebung mit der Summenfrequenz |f_IST+t_SOLL| durch das Schleifenfilter 4 ohne weiteres herausgefiltert wird, wird die Schwebung mit der Differenzfrequenz |f_IST-f_SOLL| ("Differenzton"), hier mit Frequenzen zwischen 0 und 10 Hz, durch das Schleifenfilter 4 praktisch nicht unter­ drückt, so daß am Oszillator 1 eine mit diesem Differenz­ ton überlagerte Regelspannung anliegt, die den Oszillator 1 mit der Differenzfrequenz moduliert.

Die Folge ist eine meßbare Verschlechterung des Klirrfak­ tors und im Extremfall, wenn die Frequenz des Differenzto­ nes gleich oder annähernd gleich ist der Schleifen-Reso­ nanzfrequenz, eine Destabilisierung der Regelschleife und damit verbunden ein Ausfall der PLL-Stabilisierung des FM-Modulators.

In der eingangs zitierten DE-OS 35 31 946 wird vorgeschla­ gen, zur Behebung dieses Problems aus dem Modulationssi­ gnal ein Kompensationssignal abzuleiten, mittels dessen in der Regelschleife hinter dem Teiler (÷ N) das geteilte Os­ zillatorsignal in einem Pulsbreitenmodulator in der Puls­ breite verändert werden kann. Dadurch kann die mit dem Mo­ dulationssignal synchrone Phasenmodulation herauskompen­ siert werden. Der Regelschleife wird also im modulierten Fall der modulationslose Fall vorgetäuscht und somit hat die PLL-Regelschleife auch keine Einflüsse auf den Modula­ tionsvorgang.

Ein ähnlicher Frequenzmodulator ist aus dem Artikel von P.R. Brennand and B. Murray: "Frequency synthesiser using LSI devices" in: Electronic Components and Applications, VOL. 3 No. 1, November 1980, S. 47-61 bekannt.

Der wesentliche Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß sie nur sehr aufwendig zu realisieren sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Fre­ quenzmodulator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Einfluß das störenden Differenztones auf die Funk­ tionsfähigkeit der PLL-Stabilisierung des FM-Modulators mit möglichst geringem baulichen Aufwand möglichst gering gehalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Pa­ tentanspruch angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert, die ein Blockschaltbild (Fig. 2) und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel (Fig. 3) des erfindungs­ gemäßen Frequenzmodulators zeigen.

Der Modulator in Fig. 2 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Modulator dadurch, daß der Phasen­ diskriminator 3 in Fig. 2 zusätzlich über einen Phasenschieber 7 enthaltende Kompensationsleitung durch das Modulationssignal der Frequenz f_MOD moduliert ist. Durch Überlagerung des Modulationssignals mit dem Vergleichsnormalsignal f_SOLL entstehen wiederum Schwebun­ gen mit der Summen- und Differenzfrequenz |f_MOD±f_SOLL|, wobei die Schwebung mit der Differenzfrequenz (der Diffe­ renzton) in ihrer Frequenz |f_MOD-f_SOLL| übereinstimmt mit der Frequenz |f_IST-f_SOLL| des störenden Differenztones. Bei richtiger Phasenlage (180°) der beiden Differenztöne zueinander kompensieren sich die beiden Signale zu Null. Erreicht wird diese Auslösung durch den Phasenschieber 7 (vorzugsweise in Form eines RC-Netzwerks) in der Kompensa­ tionsleitung, den das den Phasendiskriminator 3 zusätzlich modulierende Modulationssignal f_MOD zuvor durchläuft und der dessen Phasenlage so einstellt, daß eine vollständige, zumindest jedoch annähernd vollständige Kompensation oder Auslöschung der beiden Differenztöne im Phasendiskrimina­ tor 3 erreicht wird.

Das in Fig. 3 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Frequenzmodulators gemäß Fig. 2 besteht aus einem Oszillator 1 mit einer Regelschleife, bestehend aus einem Teiler 2, einem Phasendiskriminator 3, einem Schleifenfilter 4, einem Summationsglied 5 und einem Ver­ gleichsnormal 6. Das am Modulationseingang 10 anliegende und durch einen Verstärker 8 verstärkte Modulationssignal f_MOD wird im Summationsglied 5 mit dem Ausgangssignal der Regelschleife superponiert und dem Regeleingang des Oszil­ lators 1 zugeleitet. Weiterhin ist das Modulationssignal f_MOD über einen Phasenschieber 7 dem Phasendiskriminator 3 zugeführt.

Claims (1)

1. Frequenzmodulator mit PLL-Stabilisierung, bestehend aus einem nachgeregelten Oszillator, dem ein NF-Signal als Modulationssignal zugeführt ist, und einer Regelschleife aus Teiler, Vergleichsnormal, Phasendiskriminator und Schleifenfilter, dadurch gekennzeichnet, daß dem Phasendiskriminator (3) ein Ausgangssignal des Teilers (2) zugeführt ist, daß dem Phasenschieber zusätzlich ein Modulations­ signal f_MOD zugeführt ist, daß das Modulationssignal f_MOD vorher einen Phasenschieber (7) durchläuft, daß die Phasenlage des Modulationssignals in dem Phasenschieber so eingestellt ist, daß eine in dem Phasendiskriminator (3) durch Überlagerung des Ausgangssignals des Teilers (2) mit der Frequenz f_IST und dem Signal des Vergleichsnormals (6) der Frequenz f_SOLL gebildete Schwebung der Differenzfrequenz von f_IST und f_SOLL vollständig kompensiert, zumindest jedoch annähernd vollständig kompensiert ist.