DE69030569T2

DE69030569T2 - Klemmschaltung

Info

Publication number: DE69030569T2
Application number: DE69030569T
Authority: DE
Inventors: Russell Thomas Fling
Original assignee: RCA Licensing Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2010-12-15
Also published as: FI910156A0; SG97736A1; JP3225053B2; ES2100168T3; KR100227709B1; KR910015167A; FI102999B; MY104551A; EP0437945B1; US5027017A; DE69030569D1; EP0437945A1; FI910156A; CA2031082A1; FI102999B1; CN1053522A; JPH04212570A; CN1026842C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Wiederherstellung des Gleichstrompegels eines wechselstromgekoppelten Signals
Viele sich mit der Zeit ändernde Signale werden mit Amplitudenhüben erzeugt, die auf einen Gleichstromwert bezogen sind, wobei sowohl der Gleichstromwert als auch die Auslenkungen der Signalamplitude Information übertragen. Beispielsweise enthalten übliche Videosignale eine sich mit der Zeit ändernde Komponente, die eine Bildaufbau-Information überträgt, die auf einen Gleichstromwert bezogen ist, der die relative Helligkeit der Szene erzeugt.
Bei der Übertragung solcher Signale kann der Gleichstrom-Bezugswert verloren gehen, so daß es notwendig wird, am Empfänger einen solchen Bezug wiederherzustellen. Üblicherweise wird in Femsehempfängern die Gleichstrom-Wiederherstellung durch Klemmen der Spitzen der Horizontal-Synchronimpulse auf einen vorgegebenen Gleichstromwert durchgeführt. Dies erfolgt durch a) Gleichrichten des Videosignals, um ein gepulstes Signal zu erzeugen, das mit den Horizontal-Synchronimpulsen zusammenfällt; b) Zuführen des empfangenen Videosignals an den Eingangsanschluß eines Kopplungskondensators; c) Verwendung des gepulsten Signals zur Konditionierung eines Schalters, um einen konstanten Bezugswert an den Ausgangsanschluß des Kondensators während der Horizontal-Synchronintervalle zuzuführen; und d) Zugriff zu dem hinsichtlich seines Gleichstromwertes wiederhergestellten Videosignals vom Ausgangsanschluß des Kopplungskondensators.
DE-B-25 07 231 offenbart eine Klemmschaltung mit einem Eingang zum Empfang eines zu klemmenden Videosignals, einem Ausgang, an dem das geklemmte Videosignal abgeleitet wird, einem zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordneten Kopplungskondensator, einem mit dem Ausgang verbundenen Tiefpaßfilter, und einer getasteten Vergleichsschaltung mit einem ersten Eingang, der mit dem Filter verbunden ist, einem zweiten Eingang, der mit einem Bezugs-Potential verbunden ist, das den Klemmpegel darstellt, und mit einem Ausgang, der mit dem Kondensator verbunden ist. Die Vergleichsschaltung, die als operations-Transkonduktanz-Verstärker (OTA) ausgeführt ist, wird durch ein gepulstes Tastsignal gesteuert. Die Ausgangsstufe des Operations-Transkonduktanz-Verstärkers umfaßt eine gesteuerte Stromquelle.
Ein Nachteil dieser Art von Klemmsystem besteht darin, daß das gepulste Signal Schaltübergänge in das Videosignal einführen kann. Dies trifft insbesondere zu, wenn die Klemmschaltung sich in einer integrierten Schaltung befindet, die zusätzlich eine analoge Signalverarbeitungsschaltung enthält. Die Möglichkeit für die Einführung solcher Übergange wird begünstigt, wenn die integrierte Schaltung mit Feldeffektvorrichtungen realisiert wird, die eine hohe Impedanz haben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine nicht getastete Klemmschaltung vorgesehen umfassend: einen Signal-Eingangsanschluß und einen Signal-Ausgangsanschluß, einen Kopplungskondensator zwischen dem Signal-Eingangsanschluß und dem Signal- Ausgangsanschluß, ein Tiefpaßfilter mit einem Eingangsanschluß, der mit dem Signal-Ausgangsanschluß verbunden ist, und mit einem Ausgangsanschluß; eine nicht getastete Vergleichsschaltung mit einem ersten Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß des Tiefpaßfilters verbunden ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluß, der mit einer Bezugs-Potentialquelle verbunden ist, um kontinuierlich ein Steuersignal zu erzeugen, das auf die Differenz zwischen dem von dem Tiefpaßfilter erzeugten Signal und dem Bezugssignal bezogen ist; eine steuerbare Stromquelle mit einem Steuer-Eingangsanschluß, der mit der nicht getasteten Vergleichsschaltung verbunden ist, und mit einem Ausgangsanschluß, der mit dem Signal-Ausgangsanschluß verbunden ist, und die auf das Steuersignal zur Lieferung von Strom zu dem Kondensator in einer ersten Richtung in dem Bestreben anspricht, ein Potential an dem Signal-Ausgangsanschluß mit einer vorgegebenen Beziehung zu dem Bezugs-Potential aufzubauen, wenn das von dem Tiefpaßfilter gelieferte Signal sich von dem Bezugs-Potential in einem vorgegebenen Polaritätssinn unterscheidet und sonst im wesentlichen keinen Strom liefert; und eine Konstant-Stromquelle mit einem Ausgangsanschluß, der mit dem Signal-Ausgangsanschluß verbunden ist, um kontinuierlich einen konstanten Strom von dem Kondensator in einer zweiten Richtung zu ziehen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
In den beigefügten Zeichnungen stellen
Fig. 1 und 2 schematische Blockschaltbilder einer alternativen, die Erfindung verkörpernden Klemmschaltung dar; und
Fig. 3 ist ein detailliertes beispielhaftes Schaltbild zur Realisierung des Systems von Fig. 1.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit üblichen Videosignalen beschrieben, die Horizontal-Synchronisierungs-Komponenten enthalten; es sei jedoch hervorgehoben, daß sie auch bei anderen Signalen anwendbar ist, die zum Beispiel gepulste Intervalle haben, deren Amplitude eine gewisse Beziehung zu dem Gleichstrom-Bezugswert des Signals hat.
Gemäß Fig. 1 wird das zu klemmende Videosignal dem Eingangsanschluß 10 eines Kopplungskondensators C1 zugeführt. Es wird die Annahme gemacht, daß die Horizontal-Synchronisierungs-Impulse negativ verlaufende Impulse sind, und daß die positiv verlaufenden Auslenkungen des aktiven Videosignals weiße Bereiche von übertragenen Bildern darstellen. Der Ausgangsanschluß 12 des Kondensators C1 liefert das hinsichtlich des Gleichstromwertes wiederhergestellte oder geklemmte Video-Ausgangssignal.
Eine Konstant-Stromquelle 18 ist mit dem Anschluß 12 verbunden und leitet Strom von dem Kondensator C1, der bestrebt ist, den Anschluß 12 anzusteuern, an ein verhältnismäßig negatives Potential ab. Die wirksame Zeitkonstante der Kombination aus Stromquelle 18 und Kondensator C1 ist in der Größenordnung von 70 Millisekunden oder etwa 1000 Horizontal-Zeilenintervallen. Die Stromquelle 18 stellt sicher, daß das System- sich nicht auf irgendeinen fehlerhaften, verhältnismäßig positiven Gleichstromwert verriegelt.
Das Videosignal vom Anschluß 12 wird einem Tiefpaßfilter zugeführt, das aus einem Reihenwiderstand R1 und einem Parallelwiderstand C2 besteht. Das Tiefpaßfilter ist so bemessen, daß es die Horizontal-Synchronisierungs-Impulse durchläßt und Rauschen sowie die höherfrequenten Komponenten des aktiven Videosignals einschließlich des Farbsynchronsignals dämpft. Eine beispielsweise geeignete Zeitkonstante für die Kombination von R1 und C2 ist 0,59 Mikrosekunden. Es sei jedoch bemerkt, daß der Widerstand R1 ausreichend groß sein sollte, um eine Belastung des Anschlusses 12 auszuschließen.
Das tiefpaßgefilterte Videosignal wird dem nicht invertierenden Eingangsanschluß einer Vergleichsschaltung 14 zugeführt. Ein Bezugs-Potential VREF wird einem invertierenden Eingangsanschluß der Vergleichsschaltung 14 zugeführt. Die Vergleichsschaltung 14 erzeugt ein im wesentlichen zweipegeliges Ausgangssignal, das verhältnismäßig positiv ist, wenn die Amplitude des tiefpaßgef ilterten Videosignals größer als VREF ist, und das verhältnismäßig negativ ist, wenn VREF größer als die Amplitude des Videosignals ist.
Der Wert VREF (bei dem dargestellten Beispiel) wird gleich dem Gleichstrom-Potentialwert gewählt, auf den die Horizontal- Synchronisierungs -Impulse des Video-Ausgangssignals geklemmt werden sollen. Man erkennt jedoch, daß für den Fall, daß eine Gleichstromdämpfung in das Tiefpaßfilter eingebaut wird, das Klemmpotential dann einen Offset zu VREF hat.
Das Ausgangssignal von der Vergleichsschaltung 14 wird der Gate-Elektrode eines Feldeffekt-Transistors 16 vom p-Typ zugeführt, der so angeschlossen ist, daß er als Source-Verstärker arbeitet. Die Drain-Elektrode des Transistors 16 ist mit dem Anschluß 12 über einen Widerstand R2 verbunden. Der Transistor 16 und der Widerstand R2 bilden eine Stromquelle zur wahlweisen Zuführung von Strom zum Anschluß 12.
Während der Horizontal-Synchronisierungs-Impulsintervalle ist die Amplitude des Videosignals am Anschluß 12 typischerweise kleiner als VREF aufgrund der konstanten Entladung des Kondensators cl durch die Stromquelle 18. Die Vergleichsschaltung 14 liefert ein verhältnismäßig negatives Ausgangssignal, das den Transistor 16 leitend macht, um den Anschluß 12 auf das Potential VREF auf zuladen. Wenn der Anschluß 12 den Wert VREF erreicht oder das Ende der Horizontal-Synchronisierungs-Periode auftritt, in welchem Fall das Videosignal verhältnismäßig positiv wird, wird das Ausgangssignal von der Vergleichsschaltung 14 verhältnismäßig positiv. Dies bringt den Transistor 16 aus dem leitenden Zustand heraus, so daß dieser praktisch aus der Schaltung entfernt wird. Die wirksame Zeitkonstante der Kombination von Kondensator C1, Widerstand R1 und Transistor 16 (wenn leitend) ist in der Größenordnung von einer Millisekunde. Somit werden mehrere Zeilenintervalle benötigt, um die Klemmung auf dem gewünschten Potential zu erreichen. Die Zeitkonstante kann vermindert werden, um eine schnellere Ansprechzeit vorzusehen.
Um das fehlerhafte Auftreten eines Klemmvorgangs bei anderen als den horizontalen Synchronisierungs-Impuls-Intervallen zu vermindern, um die Wirkungen von Rauschen auf die Amplitude des Klemmpegels zu minimieren und auch die Ausgangs-Übergänge des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung zu verlangsamen und dadurch Schaltübergänge zu vermindern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Tiefpaßfilter-Schaltung zwischen der Vergleichsschaltung 14 und dem Transistor 16 einzufügen. Eine solche Tiefpaßfilter-Funktion kann natürlich in die Vergleichsschaltung integriert werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist ähnlich wie die von Fig. 1 mit der Ausnahme der Schaltung zur Zuführung von Ladestrom zum Anschluß 12. Dies bedeutet, daß der Transistor 16 und der Widerstand R2 durch einen torgesteuerten Verstärker 20 und einen Widerstand R3 ersetzt sind. Der Verstärker 20 hat einen Steuer-Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß der Vergleichsschaltung 14 verbunden ist. Der Verstärker 20, der auf das Steuersignal von der Vergleichsschaltung anspricht, wird wirksam gemacht, wenn das Videosignal am Anschluß 12 kleiner als VREF ist, und er wird veranlaßt, eine hohe Ausgangsippedanz vorzusehen, wenn das Videosignal größer als VREF ist.
Ein nicht invertierender Eingangsanschluß des Verstärkers 20 ist mit dem Bezugs-Potential VREF verbunden. Der Widerstand R3 liegt zwischen einem Ausgangsanschluß und einem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 20, damit dieser als Spannungsfolger arbeitet. Der Verbindungspunkt des Widerstands R3 und des invertierenden Eingangsanschlusses ist mit dem Anschluß 12 verbunden. Die Zeitkonstante der Kombination aus Widerstand R3 und Kondensator C1 ist verhältnismäßig kurz. Der Verstärker 20 und der Widerstand R3 liefern Strom zum Laden oder Entladen des Kondensators C1.
Der Vorteil der Ausführungsform von Fig. 2 besteht darin, daß der Ladestrom, der von dem Widerstand R3 geliefert wird, aufgrund der Folger-Konfiguration des Verstärkers 20 eine Funktion des Unterschiedes zwischen VREF und dem Potential am Anschluß 12 ist. Der Ladestrom wird nicht durch Störungen beeinflußt (z.B. aufgrund von Rauschen), die in dem Steuersignal vorhanden ist, das von der Vergleichsschaltung 14 erzeugt wird.
Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, die ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten System ist, die als integrierte Schaltung mit Feldeffekt-Transistor ausgeführt ist. Die Schaltung von Fig. 3 enthält ebenfalls ein Tiefpaßfilter, das zwischen dem Ausgang der Vergleichsschaltung und dem Eingang des Stromquellen-Transistors 16' liegt.
In Fig. 3 entsprechen Elemente oder Blöcke, die mit einem Apostroph versehenen Ziffern bezeichnet sind, gleich bezifferten Elementen in Fig. 1 und üben gleiche Funktionen aus. Transistoren, die Kreise um ihre Gate-Elektroden haben, sind Vorrichtungen vom p-Typ, und Transistoren ohne Kreise um ihre Gate-Elektroden sind Vorrichtungen von n-Typ. Die Vergleichsschaltung 14' ist von üblichem Aufbau und wird als solche nicht in Einzalheiten beschrieben.
Der Stromabfluß 18' enthält einen Stromgenerator mit Transistoren P2 und N2, die ein Potential an ihrem Verbindungspunkt erzeugen, das auf den Strom bezogen ist, der in der Reihenschaltung verläuft. Die Transistoren N2 und N3 sind in einer spiegelbildlichen Stromkonfiguration verbunden, so daß der vom Transistor N3 gelieferte Strom auf den Strom bezogen ist, der durch den Transistor 2 entsprechend dem Verhältnis ihrer Kanalbereiche verläuft.
Das Tiefpaßfilter (LPF), das mit dem Anschluß 12 verbunden ist, enthält ein Widerstandselement R1', das aus zwei Transistoren besteht, die eine hohe Source-Drain-Impedanz haben, und die in Form eines üblichen komplementären Transistor-Übertragungs- Gate verbunden sind, wobei beide komplementären Transistoren durch entsprechende Versorgungspotentiale VDD und Masse in Leitfähigkeit vorgespannt sind. Der Kondensator (C2) für das LPF wird durch die Gate-Substrat/Kanal-Kapazitäten von zwei komplementären Transistoren P1 und N1 realisiert. Das Ausgangs-Tiefpaßfilter LPF2 wird in gleicher Weise realisiert. Eine beispielsweise Zeitkonstante für das Filter LPF2 ist in der Größenordnung von 0,1 Mikrosekunden.
Der zwischen dem Stromquellen-Transistor 16' und dem Anschluß 12 liegende Widerstand R2' wird ebenfalls durch zwei Transistoren mit hoher Impedanz realisiert, die in Form eines üblichen komplementären Transistor-Übertragungs-Gate angeordnet sind, und die durch die Versorgungs-Potentiale in Leitfähigkeit vorgespannt sind.
Das Bezugs-Potential VREF wird durch einen Bezugs-Generator 100 erzeugt. Der Generator 100 wird dadurch programmierbar gemacht, daß er so angeordnet ist, daß er digitale Steuerwerte von einem System-Steuerelement annimmt, z.B. einen Mikroprozessor (nicht dargestellt). Die Bezugs-Steuerwerte werden einem Digital/Analog-Wandler 112 zugeführt, der entsprechende Ausgangs- Stromwerte liefert, die den Steuersignalen entsprechen. Der Strom von dem Digital/Analog-Wandler wird dem Eingangsanschluß eines spiegelbildlichen Stromverstärkers 104 zugeführt. Der Ausgangsstrom von dem spiegelbildlichen Stromverstärker 104 wird einem Transistor P3 vom p-Typ zugeführt, der als Strom-Spannungs-Wandler angeordnet ist, der die Potentiale VREF liefert, die den zugeführten Bezugs-Steuerwerten entsprechen.

Claims

1.) Nicht getastete Klemmschaltung umfassend:

einen Signal-Eingangsanschluß (12);

einen Kopplungskondensator (C1) zwischen dem Signal-Eingangsanschluß (10) und dem Signal-Ausgangsanschluß (12);

ein Tiefpaßfilter (R1, C2) mit einem Eingangsanschluß, der mit dem Signalanschluß (12) verbunden ist, und mit einem Ausgangsanschluß:

eine nicht getastete Vergleichsschaltung (14) mit einem ersten Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß des Tiefpaßfilters (R1, C2) verbunden ist, und mit einem zweiten Eingangsanschluß, der mit einer Bezugs-Potentialquelle (VREF) verbunden ist, um kontinuierlich ein Steuersignal zu erzeugen, das auf die Differenz zwischen dem von dem Tiefpaßfilter (R1, C2) erzeugten Signal und dem Bezugs-Signal (VREF) bezogen ist;

eine steuerbare Stromquelle (16, R2) mit einem Steuer-Eingangsanschluß, der mit der nicht getasteten Vergleichsschaltung (14) verbunden ist, und mit einem Ausgangsanschluß, der mit dem Signal-Ausgangsanschluß (12) verbunden ist, und die auf das Steuersignal zur Lieferung von Strom zu dem Kondensator (C1) in einer ersten Richtung in dem Bestreben anspricht, ein Potential an dem Signal-Ausgangsanschluß mit einer vorgegebenen Beziehung zu dem Bezugs-Potential aufzubauen, wenn das von dem Tiefpaßfilter (R1, C2) gelieferte Signal sich von dem Bezugs-Potential (VREF) in einem vorgegebenen Polaritätssinn unterscheidet und sonst im wesentlichen keinen Strom liefert; und eine Konstant-Stromquelle (18) mit einem Ausgangsanschluß, der mit dem Signal-Ausgangsanschluß (12) verbunden ist, um kontinuierlich einen konstanten Strom von dem Kondensator (C1l) in einer zweiten Richtung zu ziehen, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.

2.) Klemmschaltung nach Anspruch 1, bei der die steuerbare Stromquelle (16, R2) umfaßt:

einen Transistor mit einer Steuerelektrode, die mit der nicht getasteten Vergleichsschaltung (14) verbunden ist, und der einen Haupt-Leitungsweg zwischen einer Versorgungs-Spannungsquelle und einem weiteren Anschluß besitzt, und wobei Widerstandsmittel zwischen dem weiteren Anschluß und dem Signal-Ausgangsanschluß (12) vorgesehen sind.

3.) Klemmschaltung nach Anspruch 2, bei der die Widerstandsmittel ein in Leitfähigkeit vorgespanntes Feldeffekt-Transistor- Transmission-Gate (R2') enthalten.

4.) Klemmschaltung nach Anspruch 1, bei der die steuerbare Stromquelle (16, R2) umfaßt:

einen torgesteuerten Verstärker (20) mit einem Steueranschluß, der mit der nicht getasteten Vergleichsschaltung (14) verbunden ist, der einen ersten Eingangsanschluß aufweist, der mit der Bezugs-Potentialquelle verbunden ist, und der einen

zweiten Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß aufweist; Widerstandsmittel zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des torgesteuerten Verstärkers (20) und Mittel zur Verbindung eines Verbindungspunktes der Widerstandsmittel und des zweiten Eingangsanschlusses des torgesteuerten Verstärkers (20) mit dem Signal-Ausgangsanschluß (12).

5.) Klemmschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner ein weiteres Tiefpaßfilter (LPF2) enthält, das zwischen der nicht getasteten Vergleichsschaltung (14') und der steuerbaren Stromquelle (16', R2') liegt.

6.) Klemmschaltung nach Anspruch 1, bei der die Bezugs-Potentialquelle programmierbar ist.