DE69004751T2

DE69004751T2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Demodulation von Mehrnormen-Fernsehsignalen.

Info

Publication number: DE69004751T2
Application number: DE90112095T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Betti; Silvano Gornati; Fabrizio Sacchi; Gianfranco Vai; Maurizio Zuffada
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1989-07-10
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2010-06-27
Also published as: DE69004751D1; EP0407802B1; JPH03163974A; EP0407802A1; IT8921136A0; US5095363A; IT1230317B

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Demodulieren von Mehrnormen-Fernsehsignalen und auf eine Schaltungsvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.
Fernsehempfängergeräte der Mehrnormen-Art, die zum Demodulieren von Fernsehsignalen, die gemäß der in verschiedenen Ländern geltenden Normen gesendet werden, tauglich sind, schließen Empfängersysteme ein, die sehr kompliziert und teuer sind.
Im besonderen zwingt der Bedarf zum Demodulieren der verschiedenen Audioträger, die mit den verschiedenen Normen zusammenhängen, die Hersteller von Fernsehgeräten dazu, eine Anzahl von Frequenzmodulations-Demodulatoren (FM-Demodulatoren) zu verwenden, die gleich der Anzahl der dadurch zu demodulierenden Normen ist. Dies hat einen Hauptnachteil darin, daß eine große Anzahl von Schaltern geschaffen werden muß, um zu jedem Zeitpunkt den geeigneten Demodulator zu aktivieren.
Im wesentlichen muß ein Schalter in Signalrichtung vor und in Signalrichtung nach jedem Demodulator geschaffen werden, um zu jedem Zeitpunkt die Verbindung zwischen dem FM-Demodulator und einem Zwischenfrequenz-Demodulator (ZF-Demodulator) an einem Ort in Signalrichtung vor dem Demodulator, und zwischen einem Audioverstärker an einem Ort in Signalrichtung nach dem Demodulator herzustellen.
Der Stand der Technik hat ebenfalls eine weitere Lösung vorgeschlagen, die einen einzelnen FM-Demodulator in Verbindung mit einer Mehrzahl von Quarz-gesteuerten Referenzoszillatoren, deren Anzahl gleich der Anzahl der zu demodulierenden Normen ist, schafft.
Bei dieser bekannten Lösung hat sich jedoch herausgestellt, daß sie aufgrund der Bereitstellung einer großen Anzahl von Quarz-gesteuerten Oszillatoren, die unabhängig voneinander sind, und einer entsprechend großen Anzahl von Schaltern für deren Verbindung mit dem einzelnen Demodulator, zu teuer ist.
Das technische Problem, das dieser Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren zum Demodulieren von Mehrnormen-Fernsehsignalen und eine Schaltungsvorrichtung dafür zu schaffen, die solche entsprechenden funktionalen und strukturellen Charakteristika hat, um den Betrieb mit einem einzelnen FM-Demodulator und einem einzelnen Quarz-gesteuerten Oszillator zu erlauben, wobei die Schaltungsvorrichtung als eine integrierte Schaltung mit einer reduzierten Anzahl von Eingangs-/Ausgangs-Anschlußstiften geschaffen ist.
Dieses Problem ist gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum Demodulieren vor Mehrnormen-Fernsehsignalen gelöst, das die folgenden Schritte einschließt:
Schaffen einer Mehrzahl von Signalen, deren Frequenz ein Mehrfaches einer Referenzfrequenz ist, mit einem Wert, der ein gemeinsames Untermehrfaches der Audioträgerfrequenzen der Mehrnormen-Signale ist,
Multiplizieren des zu demodulierenden Signales mit einem der mehreren Signale mit einer Frequenz, die sich von dem Audioträger um einen Wert gleich der Referenzfrequenz unterscheidet, und
Filtern des Multiplikationsergebnisses, um ein Signal bei der Referenzfrequenz zu erhalten, das aber dem zu demodulierenden Signal entspricht.
Dieses Problem wird ebenfalls durch eine Schaltungsvorrichtung zum Demodulieren von Mehrnormen-Fernsehsignalen mit verschiedenen Audioträgerfrequenzen gelöst, wobei die Schaltungsvorrichtung dadurch charakterisiert ist, daß sie einen Multiplexer-Auswähler mit mehreren Eingängen, die angepaßt sind, um die jeweiigen Signale bei einer Frequenz zu empfangen, die ein Mehrfaches einer Referenzfrequenz mit einem Wert, der ein gemeinsames Untermehrfaches der Audioträgerfrequenzen der Mehrnormen-Signale ist, und mit einem Ausgang, der mit einem Eingang eines Frequenzmultiplizierers verbunden ist, der einen zweiten Eingang hat, um das zu demodulierende Signal Vi(t) zu empfangen, und ein Bandpaßfilter umfaßt, das mit dem Multipliziererausgang verbunden ist, um alle Signale bei von der Referenzfrequenz unterschiedlichen Frequenzen auszufiltern, wobei der Multiplexer ferner Auswahleingänge zum Führen eines der Eingangssignale an den Ausgang gemäß der Art des zu demodulierenden Signales hat.
Die Merkmale und Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung werden aus der folgenden, genauen Beschreibung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die eine Schaltungsvorrichtung darstellen, die gemäß diesem Verfahren arbeitet, als Darstellung und nicht als Begrenzung angesehen wird, deutlicher verstanden.
In diesen Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt, in Blockdiagrammform, eine Schaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein genaues Verdrahtungsdiagramm der Vorrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3 bis 5 zeigen jeweilige Diagramme von Einzelheiten der Vorrichtung aus Fig. 1; und
Fig. 6 zeigt eine sogenannte Wahrheitstabelle, die sich auf die Einzelheit, die in Fig. 5 gezeigt ist, bezieht.
Mit Bezug auf die zeichnerischen Darstellungen ist im wesentlichen und schematisch eine Schaltungsvorrichtung in Fig. 1 gezeigt, die diese Erfindung zum Demodulieren von Mehrnormen-Fernsehsignalen ausführt.
Die Vorrichtung 1 ist im besonderen zum Demodulieren eines Eingangssignales vorgesehen, das durch Vi(t) bezeichnet wird und unabhängig vom Wert der Auditrägerfrequenz, wie es für die verschiedenen Mehrnormen-Videosignale typisch ist, frequenzmoduliert ist.
Zum Beispiel beträgt die Audioträgerfrequenz bei der US-Norm (M) 4,5 MHz, bei der Europäischen Norm (B/G) beträgt die Frequenz 5,5 MHz, bei der Britischen Norm (I) beträgt sie 6 MHz und bei der zusätzlichen Euro-Asiatischen Norm (D/K) beträgt die Audioträgerfrequenz 6,5 MHz.
Das Eingangssignal Vi(t) ist ein zu demodulierender FM-modulierter Audioträger, dessen mathematischer Ausdruck durch die folgende Gleichung definiert ist:
Vi(t) = Va*cos[2πfot + (Δf/fm)*sin 2πfmt]
wobei Va die Amplitude der Audiofrequenz ist;
fo die Frequenz des Audioträgers ist;
Δf die maximale Abweichung der Frequenz ist, die durch das Modulationssignal auf dem Audioträger erzeugt wird; und
fm die auswählbare Modulationsaudiofrequenz ist.
Um die Umwandlung auszuführen, wird gemäß dieser Erfindung ein Referenzsignal, bezeichnet mit V1(t), das aus einer reinen Schwingung bei einer Frequenz f1 von 500 kHz besteht mit einer stabilen Frequenz- und Verzerrungs-Charakteristik unter 1 % erfordert.
Ein solches Signal wird durch einen Quarz-gesteuerten Oszillator geschaffen, der mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und einen hohen Gütefaktor Q hat, um die Frequenzstabilität zu sichern.
Die Schaltungsvorrichtung 1 umfaßt einen ersten linearen Multiplizierer 2 mit einem Paar Eingängen 3 und 4 und einem Ausgang 5.
An jeden Eingang ist das Referenzsignal V1(t) angelegt, um am Ausgang 5 ein Signal V2(t) auszugeben, das durch Multiplizieren des Eingangssignales mit sich selbst erhalten wird.
Der Aufbau des Multiplizierers 2, als auch der Aufbau der anderen Multiplizierer, die in der Vorrichtung 1 eingebaut sind und im Folgenden erwähnt werden, ist an sich bekannt und schematisch in Fig. 2 abgebildet. Dieser Multiplizierer besteht aus differenziellen Zellen 12, die in einer sogenannten Gilbert-Zellenkonfiguration, die als ein Vier-Quadranten-Multiplizierer wirksam ist, verschaltet sind und mit einer Struktur 16 zum Einstellen für Verzerrungen gemäß einer inversen Charakteristik einer hyperbolischen Tangente zusammenhängen.
Dieses Schema wird z.B. auf den Seiten 561-569 des Buches "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" beschrieben.
Der einzige Unterschied besteht in der Schaffung eines Hochpaßfilters 18, das aus den Transistoren T1 und T2, der Kapazität C1 und dem Widerstand R5 zusammengesetzt ist. Ein auswählbares Signal V(t), das an das Eingangspaar des Multiplizierers angelegt wird, würde mit sich selbst multipliziert, um ein neues Signal auszugeben, das zwei Glieder umfaßt, von denen der erste eine kontinuierliche Komponente ist, die durch das Filter 18 gefiltert ist und das zweite ist eine Komponente mit der doppelten Frequenz des Eingangssignales und einer Phasenverschiebung von 90½ aufgrund der geschaffenen RC-Schaltung.
Folglich wird am Ausgang 5 des Multiplizierers 2 ein Signal V2(t) erscheinen, das die doppelte Frequenz des Referenzsignales V1(t) hat, d.h. 1 MHz.
Die Vorrichtung 1 umfaßt einen zweiten, linearen Mulitplizierer 6 mit seinerseits zwei Eingängen 7, 8 und einem Ausgang 9. Das Signal aus dem Ausgang 5 wird an jeden dieser Eingänge 7 und 8 derart angelegt, um an dem Ausgang 9 ein Signal V3(t) mit einer Frequenz von 2 MHz zu erzeugen, das aus dem Produkt des Signales V2(t) mit sich selbst resultiert.
Auf ähnliche Art wird ein dritter, linearer Multiplizierer 15 mit zwei Eingängen 11 und 12 das Signal empfangen, das von dem zweiten Multiplizierer 6 ausgegeben wird und an seinem eigenen Ausgang 13 ein weiteres Signal V4(t) mit 4 MHz erzeugen.
Ein vierter Multiplizierer 20 mit den jeweiligen Eingängen 21 und 22 wird auf der einen Seite das Signal V3(t) von dem Ausgang 9 des zweiten Multiplizierers 6 und auf der anderen Seite das Signal V4(t), das durch den dritten Multiplizierer 15 ausgegeben wird, empfangen. Im besonderen hat der vierte Multiplizierer 20 die doppelte Verstärkung der anderen zwei Multiplizierer, 6 und 15, die im Vorangegangenen beschrieben wurden. Der Ausgang 23 des Multiplizierers 20 ist mit einem Summierungsknoten 25 verbunden, an den der Ausgang 9 des zweiten Multiplizierers 6 ebenfalls über einen Negierer 17 herangeführt ist. Am Ausgang des Knotens 25 ist ein Signal V6(t) mit 6 MHz.
Ferner ist ein fünfter Multiplizierer 19 bereitgestellt, der angepaßt ist, um an seinen jeweiligen Eingängen 27 und 28 das Signal V6(t), das durch den Knoten 25 ausgegeben wird, und das Referenzsignal V1(t) zu empfangen. Dieser Multiplizierer 19 hat kein Filter 18, da keine kontinuierliche Komponente an seinem Ausgang erscheint.
Der Ausgangs des fünften Multiplizierers 19 ist direkt mit einer sogenannten Fallenschaltung 30, die schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, verbunden. Diese Schaltung 30 ist grundsätzlich ein Filter bei einer vorher festgelegten Frequenz und arbeitet innerhalb eines sehr schmalen Bandes um diese Frequenz. Bei dieser Erfindung ist diese Frequenz 13 mal so hoch wie die Frequenz f1 des Referenzsignales V1(t) und damit gleich 6,5 MHz.
Die Schaltung 30 umfaßt eine erste Reihenschaltung 31 einer Induktivität L1 und eines Widerstandes RT1. Diese Reihenschaltung 31 ist zwischen einen Eingangsanschluß S mit niederer Induktivität, über einen Widerstand R3, und einen Schaltungsknoten N geschaltet. Ein Widerstand R2 ist zwischen den Knoten N und Masse geschaltet. Eine zweite Reihenschaltung 32 einer Induktivität L2 und eines Widerstandes RT2 ist zwischen den Knoten N und einen hochohmigen Ausgangsanschluß O geschaltet; zwischen dem Anschluß O und Masse ist ein Widerstand Rout geschaltet. Eine Kapazität Co ist parallel zu den beiden Reihenschaltungen 31 und 32 geschaltet.
An den Ausgang der Schaltung 30 ist ein Verstärker 35 geschaltet, an dessen Ausgang ein Signal V7(t) anliegt, das an den Eingang 34 einer herkömmlichen Multiplexerauswahlvorrichtung 40 angelegt ist, die schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, mit einem Paar negierter ODER-Gatter 37, einem Negierer 38 und jeweiligen MOS-Transistoren M1, M2 und M3, die angeordnet sind, oder vielmehr ihre Drain-Elektroden, um entsprechende Eingangssignale des Multiplexers 40 zu empfangen.
Im besonderen ist die Drain D1 des Transistors M1 mit dem Ausgang des Verstärkers 35, die Drain 32 des Transistors M2 mit dem Ausgang des Summierungsknotens 27 verbunden und empfängt das Signal V6(t), während die Drain D3 des Transistors M3 das Signal V4 (t), das durch den dritten Multiplizierer 15 ausgegeben wird, empfängt.
Der Multiplexer 40 hat ein Paar Auswahleingänge A und B, wodurch die Ausgabe und das Kurzschließen des Signales Vu(t) an dem Multiplexerausgang 41 auf der Grundlage einer sogenannten Wahrheitstabelle, die in Fig. 6 gezeigt ist, gesteuert werden kann.
Der Ausgang 41 des Multiplexers 40 ist mit einem der zwei Eingänge eines sechsten Multiplizierer 45 verbunden, der das zu demodulierende FM-modulierte Signal Vi(t) an dem anderen seiner Eingänge empfängt.
Der Ausgang 42 der letztgenannten Komponente ist direkt mit dem Eingang eines Bandpaßfilters 44 verbunden, das angepaßt ist, um alle Signale mit von der Referenzfrequenz f1 von 500 kHz unterschiedlichen Frequenzen auszufiltern.
Der Schaltungsaufbau des Filters 44 ist in Fig. 3 gezeigt und umfaßt eine Serienverbindung zwischen einer Induktivität Lo und einem Widerstand Rs, die zwischen einem niederohmigen Eingangsanschluß I und einem hochohmigen Ausgangsanschluß U des Filters eingefügt ist.
Im besonderen ist ein Ende dieser Serienverbindung mit den Anschlüssen verbunden und das andere Ende ist mit Masse verbunden, wobei ein zweiter Widerstand Rs zwischen dem Eingangsanschluß I und dem einen Ende liegt.
Eine Kapazität C und ein Widerstand R sind parallel mit der Serienverbindung angeordnet.
Der Aufbau des Filters 44 und der Fallenschaltung 30 wird durch Anwendung bestimmter Schaltungsherstellungstechniken erreicht, die es zulassen, dort eingebaute Induktivitäten zu integrieren.
Das Demodultionsverfahren dieser Erfindung wird nun beschrieben.
Das zu demodulierende Signal Vi(t), das am Eingang der Vorrichtung 1 empfangen wird, ist der Audioträger gemäß der US-Norm (M) mit einer Trägerfrequenz fo von 4,5 MHz, er wird ausreichen, um an beiden Auswahleingängen A, B des Multiplexers 40 einen logischen Nullwert zu treiben, wie in der Tabelle in Fig. 6 gezeigt.
Entsprechend wird an dem Ausgang 42 des Multiplexers 40 das Signal V4(t), das durch den dritten Multiplizierer 15 ausgegeben wird, ausgewählt. Auf diese Art wird in dem sechsten Multiplizierer 45 eine lineare Multiplikation zwischen den Eingangssignalen durchgeführt, um ein Signal Vm(t) zu erzeugen, das zwei verschiedene Frequenzkomponenten hat, von denen eine der Referenzfrequenz f1 von 500 kHz entsprechen wird.
Diese Komponente bei der Referenzfrequenz, mit Vo(t) bezeichnet, wird am Ausgang des Bandpaßfilters 44 erhalten, das wirksam ist, um die anderen Signalkomponenten herauszufiltern.
Durch geeignetes Einstellen der Verstärkung des linearen Multiplizierers 45, in Signalrichtung nach dem Multiplexer 40, kann das Ausgangssignal Vo(t) eingestellt werden, um genau der Amplitude des FM-modulierten Eingangssignales Vi(t) zu entsprechen, aber auf eine Frequenz f1 von 500 kHz verschoben.
Dieses Signal Vo(t) kann dann an einen Demodulator abgegeben werden, der bei 500 kHz betrieben wird.
Ist das zu demodulierende Signal Vi(t) aber der Audioträger gemäß der Europäischen Norm B/G mit einer Trägerfrequenz von 5,5 MHz, wird durch Auswahl eines logischen Nullwertes am Eingang A des Multiplexers 40 und eines logischen 1-Wertes am anderen Eingang B das Signal V6(t), das von dem Summierungsknoten 25 ausgegeben wird, an den Ausgang 42 übertragen.
Folglich wird wiederum eine lineare Multiplikation in dem Multiplizierer 45 zwischen den Signalen, die an seinen Eingängen anliegen, durchgeführt, um wiederum ein Signal auszugeben, das mindestens eine Komponente bei der Referenzfrequenz f1 enthält.
Jegliche Phasenverschiebung des Ausgangssignales würde die FM-Demodulation nicht beeinflußen und daher ist die Qualität des Audiosignales im Basisband unabhängig von dem Zeitparameter.
Die Schaltungsvorrichtung dieser Erfindung ermöglicht es im wesentlichen jegliches FM-modulierte Audiosignal auf verschiedenen Trägern, die den verschiedenen weltweiten Fernsehnormen entsprechen, umzuwandeln und auf eine einzige Referenzfrequenz zu reduzieren.
Folglich wird der große Vorteil durch Verwendung eines einzelnen FM-Demodulators und eines einzelnen Quarz-gesteuerten Oszillators erreicht, um jegliche Arten von Fernsehnormen zu demodulieren.

Claims

1. Ein Verfahren zum Demodulieren von Mehrnormen-Fernsehsignalen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Schaffen einer Mehrzahl von Signalen, deren Frequenz ein Mehrfaches einer Referenzfrequenz (f1) ist, mit einem Wert, der ein gemeinsames Untermehrfaches der Audioträgerfrequenzen der Mehrnormen-Fernsehsignale ist;

Multiplizieren des zu demodulierenden Signals (V1(t)) mit einem der mehreren Signale, das eine Frequenz hat, die sich von dem Audioträger um einen Wert gleich der Referenzfrequenz (f1) unterscheidet, und

Filtern des Multiplikationsergebnisses, um ein Signal (Vo(t)) bei der Referenzfrequenz zu erhalten, das aber dem zu demodulierenden Signal entspricht.

2. Eine Schaltungsvorrichtung zum Demodulieren von Mehrnormen-Fernsehsignalen mit verschiedenen Audioträgerfrequenzen, dadurch gekennzeichnet,

daß sie einen Multiplexer-Auswähler (40) mit mehreren Eingängen (34, D2, D3), die angepaßt sind, um die jeweiligen Signale bei einer Frequenz zu empfangen, die ein Mehrfaches einer Referenzfrequenz (f1) mit einem Wert, der ein gemeinsames Untermehrfaches der Audioträgerfrequenzen der Mehrnormen-Signale ist, und mit einem Ausgang (41), der mit einem Eingang eines Frequenzmultiplizierers (45) verbunden ist, der einen zweiten Eingang hat, um das zu demodulierende Signal (Vi(t)) zu empfangen, und ein Bandpaßfilter (44) umfaßt, das mit dem Multipliziererausgang verbunden ist, um alle Signale bei von der Referenzfrequenz (f1) unterschiedlichen Frequenzen herauszufiltern,

wobei der Multiplexer (40) ferner Auswahleingänge (A, B), zum Führen eines der Eingangssignale an den Ausgang (41) gemäß der Art des zu demodulierenden Signals hat.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß sie eine Reihe von linearen Multiplizierern (2, 6, 15, 20, 19) umfaßt, von denen jeder ein paar Eingänge hat, die kaskadisch miteinander verbunden sind, um an ihren jeweiligen Ausgängen eine entsprechende Reihe von Signalen bei einer Frequenz zu erzeugen, die ein Mehrfaches der Referenzfrequenz (f1) ist,

wobei die Signale dann an die jeweiligen Eingänge des Multiplexers (40) geführt werden.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß sie eine Fallenschaltung (30) umfaßt, die mit dem Ausgang eines (19) der Multiplizierer verbunden ist, um ein Signal bei einem vorher festgelegten Frequenzwert, der ein ungerades Mehrfaches der Referenzfrequenz (f1) ist, zu filtern.

5. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß sie einen Verstärker (35) umfaßt, der zwischen dem Ausgang der Fallenschaltung (30) und dem entsprechenden Eingang (34) des Multiplexers (40) geschaltet ist.