DE4332767A1 - Verfahren zur Steuerung eines FM-Empfängers mit nachführbarem ZF-Filter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung ei­ ner FM-Empfängerschaltung mit mehreren nachführbaren ZF-Filtern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens.

Bei einer üblichen FM-Empfängerschaltung werden auf der ZF-Ebene ZF-Filter mit einer festen Mittenfrequenz ein­ gesetzt.

Zur Verbesserung des FM-Empfangs bei Empfangsstörungen ist aus der Druckschrift WO 89/12353 ein System be­ kannt, das unter der Bezeichnung "Dynas" Eingang in die Literatur gefunden hat (vgl. "Dynas system and its application in car radios", Januar 1992).

Bei diesem bekannten System werden anstelle der übli­ chen ZF-Filter nachführbare ZF-Filter eingesetzt, deren Mittenfrequenz dem momentanen Wert der ZF-Frequenz dy­ namisch nachgeführt werden. Darüber hinaus wird auch die Durchlaßcharakteristik der in ihrer Resonanzlage gesteuerten Filter mehrstufig und in Bezug auf unter­ schiedliche Parameter den aktuellen Signalbedingungen angepaßt, die aus der jeweiligen Störbeeinträchtigung resultieren. Das Nachführsteuersignal wird aus einem von einem Demodulator gelieferten NF-Signal abgeleitet, dessen Pegel ein hinreichendes Maß für die Position der Momentan-ZF ist. In der obengenannten Druckschrift wird ausgeführt, daß einerseits diese Positionsangabe aus prinzipiellen Gründen nicht exakt sein kann, denn bevor die Filter gesteuert werden, muß die Zwischenfrequenz diese zunächst durchlaufen um anschließend demoduliert zu werden und andererseits soll zur Optimierung des Verhaltens des Dynas-Systems eine die NF-Wiedergabe be­ einträchtigende Störung eliminiert sein, bevor sie den Hörer erreicht. Dies scheint jedoch ein unlösbarer Wi­ derspruch zu sein. Daher wird in der genannten Druck­ schrift eingeräumt, daß das Nachführsteuersignal nicht zeitgleich zu einer ZF-Änderung zur Verfügung steht, sondern erst nach einer gewissen Verzögerung, die im wesentlichen durch die Gruppenlaufzeit der Filter gege­ ben ist.

Das Dynas-System versucht nun den durch die Verzögerung des Nachführsteuersignals gegenüber der ZF-Signalände­ rung entstehenden Phasenfehler mit mehreren Maßnahmen zu kompensieren. Damit soll erreicht werden, daß jegli­ che durch eine Empfangsstörung hervorgerufene Beein­ trächtigung des Audiosignals soweit herabgemindert wird, daß sie sich im hörbaren NF-Signal in jedem Fall weniger bemerkbar macht als es ihrer Einwirkung auf das HF-Signal entspricht.

Das am Demodulator abgegriffene NF-Signal wird zur Er­ zeugung des Nachführsteuersignals einem Netzwerk zur Bewertung zugeführt. Dieses Netzwerk kann u. a. Verstär­ ker, Dämpfungsglieder und Filterschaltungen enthalten.

Wie die Bewertung des NF-Signals durch dieses Netzwerk zu erfolgen hat, wird in der das Dynas-System beschreibenden obengenannten Druckschrift nicht er­ klärt. Dem liegt wohl das sich aus der Tatsache, daß der "Betriebszustand" des Dynas-Systems kein statischer sondern ein dynamischer Zustand bezüglich der gesteuer­ ten Filter ist, ergebende praktische Problem zugrunde, daß diese dynamischen Zustände, welche dem Wert ungleich Null des Filterhubes f_H der Filter entsprechen, nicht meßtechnisch erfaßbar sind.

Die Steuerung der Resonanzlage der Filteranordnung er­ folgt also im wesentlichen in Abhängigkeit des momenta­ nen ZF-Signals, also unabhängig von anderen Empfangs­ verhältnissen wie Höhe des Nutz- oder des Nachbarkanal­ pegels. Die Durchlaßcharakteristik jedoch ist von die­ sen Größen abhängig, nicht hingegen von der Lage des momentanen ZF-Signals, also des Filterhubes f_H.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild für die Prinzip­ schaltung der die ZF-Ebene darstellenden Baugruppen des bekannten Dynas-Systems dargestellt, die einer Reali­ sierung gemäß des integrierten Schaltkreises U 4290 B der Firma TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH, Heil­ bronn entspricht (vgl. Datenblatt zu U 4290 B, Fig. 1 und 2).

Gemäß Fig. 1 durchläuft das ZF-Signal vier hintereinandergeschaltete Verstärker 1 bis 4 und an­ schließend eine Demodulatorstufe 9, wo es zur Erzeugung der NF-Spannung demoduliert wird. An jedem Ausgang die­ ser vier Verstärker 1 bis 4 ist jeweils ein ZF-Filter 5 bis 8 angeschlossen, die jeweils aus einer Spule L1 bis L4, einer Festkapazität C1 bis C4 und einer steuerbaren Kapazität, in diesem Fall einer Kapazitätsdiode CD1 bis CD4 aufgebaut sind. Zur Steuerung dieser Kapazi­ tätsdioden CD1 bis CD4 erzeugt ein Netzwerk 10 aus dem von dem Demodulator 9 gelieferten NF-Signal jeweils eine Nachführsteuerspannung U_N1 bis U_N4.

Diese Steuerspannungen für die Resonanzlage der Filter werden aus dem NF-Signal U_NF abgeleitet, deren Pegel ein ungefähres Maß für die Frequenzlage des momentanen ZF-Signals ist. Hierzu wird dieses NF-Signal U_NF dem Netzwerk 10 zugeführt, dort nach Durchlaufen eines Bandpaßfilters 11, einem üblichen Verstärker 16 und ei­ nem ersten Tiefpaßfilter 1 als erste Nachführsteuer­ spannung U_N1 auf die Kapazitätsdiode CD1 des ZF-Filters 5 geführt. Dieses erste Nachführsteuersignal U_N1 wird nach einer weiteren Bewertung mittels eines zweiten Tiefpaßfilters TP2 als zweites Nachführsteuersignal U_N2 der Kapazitätsdiode CD2 des ZF-Filters 6 zugeführt. Weiterhin wird das erste Nachführsteuersignal U_N1 über eine Bewertungseinheit 15 sowie ein drittes Tiefpaßfil­ ter TP3 bzw. ein viertes Tiefpaßfilter TP4 auf die Kapazitätsdiode CD3 bzw. CD4 des ZF-Filters 7 bzw. des ZF-Filters 8 als Nachführsteuerspannung U_N3 bzw. U_N4 angelegt. Der Aufbau des Netzwerkes 10 gemäß Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung und kann somit auch in anderer Weise aufgebaut werden. Die durch die Imple­ mentation des Dynas-Systems erreichte Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit und der Trennschärfe bei Stö­ rungen wird unter anderem dadurch erreicht, daß die vier Kapazitätsverhältnisse der jeweiligen ZF-Filter 5 bis 8, also jeweils der Wert der Festkapazität C_i zu dem Kapazitätswert der Diode CD_i optimal in Bezug auf das dynamische Verhalten des Gesamtfilters eingestellt werden.

Um die Einführung dieses neuen Systems "Dynas" für den Markt bzw. dessen Abnehmer attraktiv zu machen, darf diese neue FM-Empfängerschaltung im Vergleich zu marktüblichen FM-Empfängerschaltungen nicht wesentlich teurer sein, was entsprechend niedrige Herstellungs­ kosten voraussetzt. Eine Kostenoptimierung hinsichtlich der Herstellungskosten darf sich natürlich nicht nach­ teilig auf die Empfangsqualität der Schaltung auswir­ ken. So kann die ZF-Frequenz in gewissen Grenzen abge­ senkt werden, wodurch kostengünstigere Bauelemente ein­ setzbar sind. Gleichzeitig hat dies die vorteilhafte Folge, daß die aufgrund von Rückwirkungen zwischen den Bauelementen auftretenden Störungen bei Bauelementen mit niedriger ZF-Frequenz geringer sind als bei solchen mit höherer ZF-Frequenz. Nachteilig ist dabei jedoch, daß solche Bauelemente nicht mehr in ihrem optimalen Arbeitsbereich eingesetzt werden, sondern in ihrem Grenzbereich arbeiten, wo zunehmend Nichtlinearitäten auftreten, die hörbar die Empfangsempfindlichkeit und die Trennschärfe negativ beeinflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Empfangsempfindlich­ keit und die Trennschärfe bei einer FM-Empfängerschal­ tung, die nach dem Dynas-System arbeitet, erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wonach das aus der Nutz­ modulation abgeleitete NF-Signal oder das Nachführsteu­ ersignal derart aufbereitet wird, daß die Form der Durchlaßkurve jedes ZF-Filters in Abhängigkeit des Fre­ quenzhubes f_H einstellbar wird und daß die Durchlaß­ kurve jedes ZF-Filters bei einem Frequenzhub f_H0 spiegelsymmetrisch zur ZF-Frequenz f_o liegt. Somit wird die Form der Durchlaßkurven nicht nur in Abhängigkeit der Empfangsverhältnisse gesteuert, sondern ebenso in Abhängigkeit der momentanen ZF-Lage.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens erfolgt die Einstellung der Durchlaß­ kurve bei einem Frequenzhub f_H0 für jedes Filter derart, daß unerwünschte Verzerrungen beseitigt werden. Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens werden die Durchlaßkurven bei einem Frequenzhub f_H0 für jedes Filter so einge­ stellt, daß eine vorbestimmte Form der Durchlaßkurven erzielt wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ein erster und zweiter Verstärker vorgesehen, wobei das von der Bewertungsschaltung erzeugte Nachführsteuer­ signal als Eingangssignal dem ersten Verstärker zuge­ führt und dem zweiten Verstärker eine Be­ wertungsschaltung vorgeschaltet ist, der als Eingangs­ signal das Nachführsteuersignal zugeführt wird. Die beiden Ausgangssignale der Verstärker werden mittels einer Addierschaltung zu einer korrigierten Nachführ­ steuerspannung aufsummiert.

Bei einer anderen Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch dem ersten Verstärker eine Bewertungsschaltung vorgeschaltet. In vorteilhafter Weise bestehen solche Bewertungs­ schaltungen aus Gleichrichterelementen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen darge­ stellt und erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild gemäß dem Stand der Tech­ nik,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Zur Durchführung der Erfindung wird in der bekannten Schaltung nach Fig. 1 die Leitungsverbindung zwischen den Punkten A_i und B_i mit i : 1, . . ., 4 aufgetrennt und eine Schaltung nach Fig. 2 oder 3 zwischen diesen Punkten geschaltet, womit die Filter 5 bis 9 eine kor­ rigierte Nachführsteuerspannung U′_N1 bis U′_N4 erhalten. Es werden jedoch auch schon gute Ergebnisse erzielt, wenn eine solche korrigierte Nachführsteuerspannung nur für ein Filter, zwei oder drei Filter erzeugt werden, da die von allen vier Filtern gebildete Gesamtdurchlaß­ kurve für die Empfangsempfindlichkeit und die Trenn­ schärfe maßgebend ist.

Mit den Bezugszeichen 12 und 13 werden in der Fig. 2 Verstärker bezeichnet, die parallel zueinander geschal­ tet sind. Zusätzlich ist dem Verstärker 13 eine Gleich­ richterdiode 14a derart vorgeschaltet, die nur die po­ sitive Halbwelle des am Schaltungsknoten A_i (i = 1, . . . , 4) anliegenden Nachführsteuersignals U_Ni (i = 1, . . ., 4) als Eingangsspannung diesem Verstärker 13 zuführt. Die beiden Ausgangssignale der Verstärker 12 und 13 werden mit einem Schaltungselement 17 summiert, das in einfachster und dem Fachmann bekannter Weise mit drei Widerständen oder als Summierverstärker mittels eines Operationsverstärkers aufgebaut sein kann. Dieses Summensignal wird als korrigiertes Nachführsteuersignal U′_Ni (i = 1, . . . , 4) über den Schaltungsknoten Bi (i = 1, . . . , 4) einem der Kapazitätsdioden CD_i (i = 1, . . ., 4) gemäß Fig. 1 zugeführt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 2 dadurch, daß auch dem ersten Verstärker 12 eine Gleichrichterdiode 14b so vorgeschaltet ist, daß lediglich die negative Halbwelle des Nachführsteuersignals U_Ni (i = 1, . . ., 4) als Eingangssignal dem Verstärker 12 zugeführt wird.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorgegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel für die Aufbereitung der Nachführspannung in analoger Schaltungstechnik. Vielmehr ist eine Anzahl von Varian­ ten denkbar, insbesondere kann es vorteilhaft sein, eine digitale Lösung unter Verwendung eines Mikropro­ zessors anzustreben.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung einer FM-Empfängerschaltung mit mehreren, bezüglich der ZF-Frequenz (f_o) in Abhän­ gigkeit von der Nutzmodulation nachführbaren ZF-Filtern (5, 6, 7, 8), wobei in Abhängigkeit eines aus der Nutz­ modulation abgeleiteten NF-Signales (U_NF) wenigstens ein Nachführsteuersignal (U_N1, . . . , U_N4) erzeugt wird, das zur Steuerung der Mittenfrequenz der ZF-Filter (5, 6, 7, 8) diesen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Nutzmodulation abgeleitete NF-Signal (U_NF) oder das Nachführsteuersignal (U_N1, . . . , U_N4) derart aufbereitet wird, daß die Form der Durchlaßkurve jedes ZF-Filters (5, 6, 7, 8) in Abhängigkeit des Fre­ quenzhubes (f_H) einstellbar wird und daß die Durchlaß­ kurve jedes Filters bei einem Frequenzhub (f_H)0 spiegelsymmetrisch zur ZF-Frequenz (f_o) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Durchlaßkurve bei einem Fre­ quenzhub (f_H0) für jedes Filter derart erfolgt, daß unerwünschte Verzerrungen beseitigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einstellung der Durchlaßkurve bei einem Frequenzhub (f_H0) für jedes Filter eine vorbestimmte Form der Durchlaßkurven erzielt wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Er­ zeugung des Nachführsteuersignals (U_N1, . . . , U_N4) eine Bewertungsschaltung (10) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) es ist ein erster und zweiter Verstärker (12, 13) vorgesehen,
• b) das Nachführsteuersignal (U_N1, . . . , U_N4) wird als Eingangssignal dem ersten Verstärker (12) zuge­ führt,
• c) dem zweiten Verstärker (13) ist eine Bewertungs­ schaltung (14a) vorgeschaltet, der als Eingangs­ signal das Nachführsteuersignal (U_N1, . . . , U_N4) zugeführt wird und
• d) schließlich werden die beiden Ausgangssignale mit­ tels einer Addierschaltung (17) zu einer korri­ gierten Nachführsteuerspannung (U′_N1, . . . , U′_N4) aufsummiert.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) es ist ein erster und zweiter Verstärker (12, 13) vorgesehen,
• b) jedem Verstärker (12, 13) ist jeweils eine Bewer­ tungsschaltung (14a, 14b) vorgeschaltet,
• c) den beiden Bewertungsschaltungen werden jeweils das Nachführsteuersignal (U_N1, . . . , U_N4) als Ein­ gangssignal zugeführt und
• d) schließlich werden die beiden Ausgangssignale der beiden Verstärker (12, 13) mittels einer Addier­ schaltung (17) zur einer korrigierten Nachführ­ steuerspannung (U′_N1, . . . , U′_N4) aufsummiert.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewertungsschaltung (14a, 14b) ein Gleichrichterelement vorgesehen ist.