DE60102548T2

DE60102548T2 - Fm-rundfunkempfänger

Info

Publication number: DE60102548T2
Application number: DE60102548T
Authority: DE
Inventors: G. Wolfdietrich KASPERKOVITZ
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: US20010028689A1; WO2001058029A1; DE60102548D1; JP2003522456A; US6725023B2; EP1208652B1; EP1208652A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen FM-Rundfunkempfänger mit einem Empfängerteil zum Umwandeln empfangener Funkfrequenzsignale in Mittenfrequenzquadratursignale, wobei damit eine Mittenfrequenzfilterschaltung verbunden ist zum Unterdrücken unerwünschter Bildfrequenzen, sowie mit einen ersten PLL-Demodulator mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, VCO, zum Demodulieren der Mittenfrequenzquadratursignale, wobei der genannte PLL-Demodulator auf die Trägerfrequenz innerhalb des selektierten Frequenzbandes abgestimmt ist.
In dem Empfängerteil und in der Filterschaltung treten Amplituden- und Phasenfehler auf, mit dem Ergebnis, dass unerwünschte Bildfrequenzen nicht ausreichend unterdrückt werden. Diese Amplituden- und Phasenfehler sind abhängig von der Eingangsfrequenz, d. h. von der Trägerfrequenz innerhalb des selektierten Frequenzbandes und von der Amplitude des empfangenen Eingangssignals. Es ist bekannt, derartige Amplituden- und Phasenfehler zwischen den Quadraturkanälen in dem Empfänger zu korrigieren, und zwar aus US-A-5.134.404 oder US-A-5.263.196. Die darin beschriebenen Korrekturverfahren sind aber ziemlich kompliziert und nicht genau genug.
Es ist daher u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Mittel zu schaffen, wobei auf eine relativ einfache Art und Weise die Amplituden- und Phasenfehler weitgehend eliminiert werden, und zwar unabhängig von der Eingangsfrequenz und der Amplitude der Eingangssignale, so dass eine wesentlich bessere Bildfrequenzunterdrückung erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung ist durch den Hauptanspruch definiert. Der Unteranspruch definiert eine bevorzugte Ausführungsform.
Es ist weiterhin möglich, Amplituden- und Phasenfehler in den Quadraturkanälen dadurch zu korrigieren, dass dem Eingang des Empfängerteils anstelle von Empfangssignalen, die über die Antenne erhalten werden, nur ein Kalibriersignal zugeführt wird. Der Fehlerdetektor kann während einer derartigen Kalibrierung verbunden werden, während die Verbindung des Fehlerdetektors mit den Quadraturkanälen außerhalb dieser Kalibrierung unterbrochen werden kann. Obschon der Fehlerdetektor auf diese Weise eine einfachere Konstruktion haben kann, werden die Amplituden- und Phasenfehler in den Quadraturkanälen dann nur für eine bestimmte Kalibrierfrequenz und eine bestimmte Kalibriersignalamplitude korrigiert. Amplituden- und Phasenfehler werden nach wie vor für Frequenzen und Amplituden auftreten, die von den obengenannten Frequenzen und Amplituden abweichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines FM-Rundfunkempfängers nach der vorliegenden Erfindung,
2A–D eine Anzahl Amplituden (A)-Frequenz (w)-Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in 1 dargestellten FM-Rundfunkempfängers.
Der in 1 dargestellte FM-Rundfunkempfänger umfasst eine Antenne 1, einen Empfängerteil 2 zum Umwandeln empfangener HF-Signale in Mittenfrequenzquadratursignale i' und q' mit Hilfe eines Oszillatorsignals mit einer Frequenz ω_o. Es wird nun vorausgesetzt, dass nebst einem gewünschten Signal mit einer Trägerfrequenz ω_c auch ein unerwünschtes Signal mit einer Trägerfrequenz ω_c' empfangen wird, wobei diese Frequenz gegenüber der Oszillatorfrequenz ω_o derart abgebildet ist, dass bei einer Umwandlung in die Mittenfrequenz dieses unerwünschte Signal in der Bandbreite des gewünschten Empfangskanals liegt. Diese Situation ist in 2A dargestellt. Diese Figur zeigt die Amplituden der gewünschten Trägerfrequenz ω_c und der unerwünschten Trägerfrequenz ω_c'. Diese zwei Signals liegen auf je einer Seite der Oszillatorfrequenz ω_o, wobei ω_o-ω_c=ω_IF ist und ω_c'-ω_o=ω_IF+δω, wobei δω so gering ist, dass das unerwünschte Signal nach der Umwandlung in die Mittenfrequenz in der Bandbreite des gewünschten Empfangskanals liegt. Diese Situation ist in 2B dargestellt.
Der Rundfunkempfänger ist weiterhin mit einem Mehrphasen-Mittenfrequenzfilter 3 versehen, in dem die unerwünschten Signale unterdrückt werden und Signale ie und qe erhalten werden, die dennoch unerwünschte Signalanteile enthalten, weil die unerwünschten Signale nicht völlig unterdrückt werden. Diese Situation ist in 2C dargestellt. Der Grad der Unterdrückung ist abhängig von den Quadraturfehlern in den Signalen i' und q' und von denen in dem Mehrphasen-Mittenfrequenzfilter 3. Die Ausgangssignale dieses Mehrphasenfilters ie und qe können durch die nachfolgenden Beziehungen dargestellt werden: ie = i' + q'(90° phasenverschoben), bzw. qe = q' – i'(90° phasenverschoben).
Nur eines der zwei Signale ie und qe wird ausreichen zum Unterdrücken der unerwünschten Signale ohne das Auftreten von Quadraturfehlern. Die beiden Signale ie und qe sind aber notwendig zum Korrigieren von Quadraturfehlern, so dass eine weitere Unterdrückung unerwünschter Signale erhalten werden kann.
Nach Demodulation in einer Quadratur-PLL wird nach Abstimmung auf die Mittenfrequenz eine Anzahl unerwünschter Signale erhalten, wobei das Signal mit der Frequenz δω die unangenehmste ist. Die Amplitude und die Phase dieses unerwünschten Signals sind direkt proportional zu der Amplitude der Frequenz des unerwünschten Mittenfrequenzträgers ω + δω und direkt proportional zu den Amplituden- und Phasenfehlern in den Mittenfrequenzsignalen ie und qe. Dieses unerwünschte Signal ST kann durch den nachfolgenden Ausdruck dargestellt werden: ST = A{ΔA sinδωt + ΔΦ cosδωt}, Wobei A die Amplitude der unerwünschten Trägerfrequenz ω_c' ist, wobei ΔA der relative Amplitudenfehler zwischen den Quadraturkanälen ist, und wobei ΔΦ der Phasenfehler zwischen den Quadraturkanälen ist.
Der Demodulator 4 in dem FM-Empfänger ist zu diesem Zweck aus einer Quadratur-PLL aufgebaut, wie oben erwähnt, und umfasst zwei Mischstufen 5 und 6, einen Quadratur-VCO (spannungsgesteuerten Oszillator) 7, einen Differentiator 8, und ein Tiefpassfilter 9. Der Demodulator ist über eine Korrekturschaltung 10 mit dem Mehrphasenmittenfrequenzfilter 3 verbunden. Wie nachstehend noch weiter näher erläutert wird, sind die Quadraturausgangssignale des Filters 3, d. h. die Signale ie und qe, in ihrer Amplitude und Phase korrigiert und die erhalten Quadratursignale i und q werden dem Demodulator 4 zugeführt. Wenn der VCO 7 auf die Mittenfrequenz der erwünschten Signale abgestimmt wird, wird das gefilterte Ausgangssignal V_o des Differentiators 8 für die gewünschten Quadratursignale Null sein. Das gefilterte Differenzsignal des Demodulators wird dann nur durch das genannte Signal ST gebildet. Der VCO 7 liefert dann die Signale I_w = sinω_IFt und Q_W = cosω_IFt.
Zum Herleiten des Amplitudenfehlers ΔA und des Phasenfehlers ΔΦ aus dem Signal ST, umfasst der FM-Rundfunkempfänger außerdem eine Fehlerdetektionsschaltung 11. Diese Schaltungsanordnung ist aus einem Demodulator 12 in Form einer Quadratur-PLL, einer nicht linearen Signalverarbeitungseinheit 13, zwei Mischstufen 14 und 15, und damit verbundenen Tiefpassfiltern 16 und 17 aufgebaut. Der Demodulator ist auf dieselbe An und Weise wie der Demodulator 4 aufgebaut und umfasst zwei Mischstufen 18 und 19, einen Quadratur-VCO 20, einen Differentiator 21 und ein Tiefpassfilter 22. Der VCO 20 ist in dem vorliegenden Fall auf die Mittenfrequenz der unerwünschten Signale abgestimmt, d. h. aus die Frequenz ω+δω der Signale i und q, und liefert folglich die Signale I_U=sin(ω_IF+δω)t und Q_U=cos(ω_IF+δω)t.
Die in dem Demodulator 4 erhaltenen demodulierten Signale I_W und Q_W und die in dem Demodulator 12 erhaltenen demodulierten Signale I_U und Q_U werden der nicht linearen Verarbeitungseinheit 13 zugeführt, die aus diesen zugeführten Signalen die nachfolgenden Signale berechnet, die danach den betreffenden verbundenen Mischstufen 14 und 15 zugeführt werden: IW*QU-QW*IU und IW*IU+QW*QI.
Das Signal I_W*Q_U-Q_W*I_U ist direkt proportional zu sinδωt, während das Signal I_W*I_U+Q_W*Q_I direkt proportional zu cosδωt ist, so dass ein Gemisch dieser Signale in den betreffenden Mischstufen 14 und 15 mit dem Signal ST=A{ΔA sinδωt + ΔΦ cosδωt} mit einer nachfolgenden Filterung in den Tiefpassfiltern 16 bzw. 17 Signale ergibt, die zu ΔA und ΔΦ proportional sind. Diese letzteren Signale werden der Korrekturschaltung 10 zugeführt und dienen als Steuersignal zum Korrigieren der Amplituden- und Phasenfehler in den Quadraturkanälen des FM-Rundfunkempfängers.

Claims

FM-Rundfunkempfänger mit einer Empfängereinheit (2,3,10) zum Umwandeln empfangener Funkfrequenzsignale in Mittenfrequenzquadratursignale, wobei die Empfängereinheit (2,3,10) eine Mittenfrequenzfilterschaltung (3) umfasst zum Unterdrücken unerwünschter Bildfrequenzen, wobei der FM-Rundfunkempfänger weiterhin einen ersten PLL-Demodulator (4) mit einem ersten spannungsgesteuerten Oszillator, VCO, (7) zum Demodulieren der zentralen Frequenzquadratursignale aufweist, wobei der genannte erste PLL-Demodulator (4) auf eine Trägerfrequenz innerhalb eines selektierten Frequenzbandes abgestimmt ist, gekennzeichnet durch einen Fehlerdetektor (11) zum Detektieren von Amplituden- und Phasenfehlern in Quadraturkanälen, wobei dieser Fehlerdetektor (11) in Reaktion auf die Quadraturanteile der Mittenfrequenzquadratursignale, auf Quadratursignale des ersten VCOs (7) in dem ersten Quadratur-PLL-Demodulator (4), und auf eine gefilterte Differenz (Vo) der genannten Quadraturanteile der Mittenfrequenzsignale, Amplituden- und Phasenkorrektursignale zu einem Quadraturkanalkorrekturnetzwerk (10) liefert, das zwischen der Mittenfrequenzfilterschaltung (3) und dem Quadratur-PLL-Demodulator (4) vorgesehen ist, wobei der Fehlerdetektor (11) mit einem zweiten Quadratur-PLL-Demodulator (12) mit einem zweiten spannungsgesteuerten Oszillator VCO (20) versehen ist zum Demodulieren der Mittenfrequenzquadratursignale, wobei der zweite PLL-Demodulator (12) auf eine Trägerfrequenz der Bildsignale innerhalb des selektierten Frequenzbandes abgestimmt ist, mit einer nicht linearen Verarbeitungseinheit (13) zum Erzeugen von Mischsignalen in Reaktion auf Quadratursignale von dem ersten (7) und dem zweiten VCO (20), und mit zwei Mischstufen (14,15), denen je ein betreffendes Mischsignal sowie die gefilterte Differenz (Vo) der Quadratursignale von dem ersten Quadratur-PLL-Demodulator (4) zugeführt wird, wobei diese Mischstufen (14,15) die genannten Korrektursignale nach der Filterung abgeben.
FM-Rundfunkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gefilterte Differenz (Vo) der Quadratursignale von dem ersten Quadratur-PLL-Demodulator (4) durch die Beziehung ST=A{ΔA sinδωt + ΔΦ cosδωt}, dargestellt werden kann, wobei A die Amplitude der unerwünschten Trägerwellenfrequenz ω_c ist, wobei ΔA der relative Amplitudenfehler zwischen den Quadraturkanälen ist, und wobei ΔΦ der Phasenfehler zwischen den Quadraturkanälen ist, während die Ausgangssignale der nicht linearen Verarbeitungseinheit (13) unmittelbar proportional zu den Werten sinδωt und cosδωt sind, wobei diese letzteren Mischstufen (14,15) Signale Schaffen, die nach Filterung zu ΔA bzw. ΔΦ proportional sind.