DE69122894T2

DE69122894T2 - Regelschleife zum Reduzieren der Reaktionszeit einer automatischen Verstärkungsregelung im Tuner eines Superheterodynempfängers und zugehörige Differenzierschaltung für relativ ansteigende Flanken

Info

Publication number: DE69122894T2
Application number: DE69122894T
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: 1990-01-17
Filing date: 1991-01-17
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2011-01-18
Also published as: IT9083601A0; US5263186A; JPH04249923A; EP0439435A3; EP0439435B1; DE69122894D1; EP0439435A2; IT1246235B; IT9083601A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Überlagerungsempfänger und insbesondere auf Systeme mit automatischer Verstärkungsfaktorregelung (AGC), die in Verstärkungsund Abstimmungsstufen (ABSTIMMUNG) sowie in den Zwischenfrequenz-Stufen (ZF) von Empfängern verwendet werden, um die Auswirkungen von Veränderungen der Stärke des empfangenen Signals zu kompensieren.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein herkömmliches System für Überlagerungs-Fernsehempfang kann mit dem Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellt werden. Ein ähnlicher Empfänger ist ferner in der US-A-4 013 964 beschrieben. Das System umfaßt eine Breitbandverstärkerstufe, die mit einer ersten automatischen Verstärkungsfaktorregeischaltung versehen ist, eine Abstimmschaltung zum Auswählen des Signals, eine Mischerstufe zum Ableiten eines Zwischenfrequenzsignals aus dem von der Breitbandverstärkerschaltung und der Abstimmschaltung (in der Zeichnung insgesamt mit dem (ABSTIMMUNG-HF-AGC)-Block dargestellt) erzeugten verstärkten Signal, ein Bandfilter für die Zwischenfrequenz (in der Zeichnung durch den ZF-BAND-FILTER-Block dargestellt) sowie eine Zwischenfrequenzschaltung, die wenigstens einen Verstärker enthält, der mit einer zweiten automatischen Verstärkungsfaktorregelschaltung (in der Zeichnung durch den ZF-STUFE-ZF-AGC-Block dargestellt) ausgestattet ist. Das System dient dazu, die Amplitude des Ausgangssignals VOUT bei einer Schwankung der Amplitude des Eingangssignals VIN konstant zu halten und ist zu diesem Zweck mit einer ersten Schaltung für die automatische Regelung des Verstärkungsfaktors der Abstimmschaltung, d. h. mit einer HF-AGC, mit einer zweiten Schaltung für die automatische Regelung des Verstärkungsfaktors der Zwischenfrequenzstufen, d. h. mit einer ZF- AGC, sowie mit einer dynamischen automatischen Regelschleife für den Gesamtverstärkungsfaktor der Eingangsschaltung des Empfängers, nämlich mit einer besonderen Schaltung ausgerüstet, die allgemein als ABSTIMMUNG- VERZÖGERUNG, wie sie im Schaubild der Fig. 1 bezeichnet ist, bekannt ist. Die Spannungen V&sub1; und V&sub3; steuern jeweils den Verstärkungsfaktor der Schaltung zur automatischen Regelung des Verstärkungsfaktors der ABSTIMMUNG (HF-AGC) bzw. der Schaltung für die automatische Regelung des Verstärkungsfaktors der Zwischenfrequenzstufe (ZF- AGC), wobei diese zwei Steuergleichspannungen in zwei Speicherkondensatoren C&sub1; bzw. C&sub2; gespeichert sind, die im Schaubild der Fig. 1 gezeigt sind. Die ABSTIMMUNG- VERZÖGERUNG-Schaltung bildet in der Praxis einen "offenen Kollektoru, der einen festen Maximalstrom I&sub1; (z. B. in der Größenordnung von 2 mA) absorbieren kann, um den Kondensator C&sub1; zu entladen (Absenken von V&sub1;) und den Verstärkungsfaktor der ABSTIMMUNG zu verringern, der für niedrige Antennensignalpegel maximal ist, um das Rauschverhalten des gesamten Empfangssystems zu verbessern. Mit dem variablen Widerstand RT kann der Spannungspegel V&sub3; = VREF gewählt werden (d. h. VREF hängt von RT ab), bei deren Erreichen die ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG- Schaltung aktiviert wird, die einen Strom I&sub1; absorbiert, welcher den Kondensator C&sub1; entlädt und die Spannung V&sub1; des Knotens 1 um einen geeigneten Wert V&sub1; verringert und asymptotisch gegen einen asymptotischen Entladungspegel führt, der durch das Produkt R(1-2)eq I&sub1; bestimmt ist, wobei
von einer Zeitkonstante τ&sub1; abhängt, die gegeben ist durch:
Dies ist im Graphen der Fig. 5 graphisch dargestellt, während die Graphen der Fig. 2, 3 und 4 die Entwicklung des Verstärkungsfaktors der ABSTIMMUNG als Funktion der Spannung V&sub1;, die Entwicklung des Verstärkungsfaktors der ZF-STUFE als Funktion der Spannung V&sub3; bzw. die Entwicklung des Entladungsstroms I&sub1; des Kondensators C&sub1; als Funktion der Spannung V&sub3; für verschiedene Parameter VREF darstellen, die durch Veränderung des Parameters RT ausgewählt werden können.
Unter der Annahme, daß die Spannung am Speicherknoten 3 der Schaltung für die automatische Regelung des Verstär kungsfaktors des ZF-Blocks gleich einem Wert V&sub3; ist, d. h. gleich der Einsetzgrenze des ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Blocks, kann der Verstärkungsfaktor der ABSTIMMUNG dann, wenn das Antennensignal plötzlich z. B. um mehr als 10 dB stark zunimmt, nicht einer entsprechenden sofortigen Dämpfung unterliegen, da die Zeitkonstante, die die Funktion der automatischen Verstärkungsfaktorregelschleife bestimmt, relativ groß ist und, wie bereits gezeigt, gegeben ist durch:
wobei R&sub1; und R&sub2; zwei Widerstände sind, die einen Spannungsteiler zum Aufladen des Kondensators C&sub1; auf eine vorgegebene Spannung, die dem Vorsteuertransistor der HF- AGC zugeführt wird, bilden.
Umgekehrt reagiert die Zwischenfrequenzstufe auf diese Situation der plötzlichen Erhöhung des Signalpegeis an ihrem Eingang, d. h. am Knoten 5 der Fig. 1, in der Weise, daß sie den Ausgangspegel VOUT konstant hält, wobei der ZF-AGC-Ausgangsspeicherkondensator C&sub2; aufgeladen wird (Anstieg der Spannung V&sub3;) und gleichzeitig der Verstärkungsfaktor der Stufe verringert wird, um den Anstieg des Signalpegels an ihrem Eingang auszugleichen. Die Ansprechzeit der ZF-AGC ist wesentlich kürzer als die Ansprechzeit der HF-AGC, wobei jedoch das Vorhandensein eines Signals mit zu hohem Pegel am Eingangsknoten 5 der ZF-STUFE Intermodulations- und Kreuzmodulationsprobleme erzeugt.
Wenn der Anstieg des Antennensignalpegels relativ langsam erfolgt, bestehen diese Probleme selbstverständlich nicht, da dann die HF-AGC selbst das Ansteigen des Signalpegels am Ausgangsknoten 4 der ABSTIMMUNG und folglich auch am Knoten 5 unterdrücken kann.
Andererseits können unerwartete Anstiege des Antennensignalpegels plötzlich und auch vorübergehend auftreten, z. B. aufgrund von sogenannten "Schnell-Fading"-Phänomenen, die durch eine Reflexion des ankommenden Signals z. B. an den Tragflächen eines vorbeifliegenden Flugzeuges verursacht werden.
Es ist aus Gründen der Filterung von Störfreguenzen, die den Ausgang der ABSTIMMUNG modulieren würden und daher einen Kondensator C&sub1; mit großer Kapazität erfordern, praktisch unmöglich, die Zeitkonstante τ&sub1; zu verkleinern.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es besteht daher Bedarf an der Verringerung der Ansprechzeit der HF-AGC, so daß ein übermäßiger Anstieg des Signalpegels am Eingang der Zwischenfrequenzstufe infolge selbständiger, unkontrollierbarer, plötzlicher breiter Anstiege des Antennensignalpegels der HF-AGC die Aktivierung der sogenannten ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung der dynamischen automatischen Verstärkungsfaktorregelschleife bewirken, ohne die inneren Zeitkonstanteneigenschaften der HF-AGC zu verringern.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer typischen Eingangsschaltung eines Überlagerungs-TV-Empfängers des Standes der Technik, wie er vorher bereits beschrieben worden ist;
Fig. 2, 3, 4 und 5 sind Graphen, die den Betrieb des Systems für die automatische Regelung des Verstärkungs faktors eines Empfängers der Fig. 1 zeigen, wie bereits vorher beschrieben worden ist;
Fig. 6 ist ein Graph, der die Betriebsart der dynamischen automatischen Verstärkungsfaktorregelschleife zeigt, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Eingangsschaltung eines überlagerungsempfängers, die zur Schaltung der Fig. 1 "äquivalent" ist, jedoch mit einer verbesserten dynamischen automatischen Verstärkungsfaktorregelschleife ausgestattet ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
Fig. 8 ist ein Graph, der den Betrieb der dynamischen automatischen Verstärkungsfaktorregelschleife unter zwei verschiedenen Bedingungen zeigt, von denen eine die Aktivierung der Spezialschaltung festlegt, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9 ist ein erläuternder Graph für die Operation der Schaltung der Erfindung gemäß einer bestimmten Ausführungsform derselben;
Fig. 10 ist ein Graph, der einen bestimmten Aspekt der Operation der Schaltung der Erfindung gemäß einer bestimmten Ausführungsform derselben zeigt;
Fig. 11 ist ein Schaltbild der Spezialschaltung der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 12 ist ein Graph, der die Entwicklung des Entladungsstromes zeigt, der von der Spezialschaltung der Erfindung absorbiert wird;
Fig. 13 ist ein Graph, der die Entwicklung des Entladestroms zeigt, der von der normalen ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung absorbiert wird;
Fig. 14 ist ein Graph, der die Entwicklung des Gesamtentladungsstroms zeigt, der gemeinsam von der normalen ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung und der Hilfsentladungsschaltung der Erfindung absorbiert wird, wenn die letztere ausgelöst wird;
Fig. 15 ist das Schaltbild der Spezialschaltung der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie im Graphen der Fig. 6 graphisch dargestellt ist, ermöglicht das System der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Verringerung der Ansprechzeit der dynamischen automatischen Verstärkungsfaktorregelschleife, ohne die inhärenten Zeitkonstanten-Eigenschaften derselben zu verändern, indem der Kondensator C&sub1; für die Speicherung der Gleichspannung zum Steuern des Verstärkungsfaktors der HF-AGC der ABSTIMMUNG über eine begrenzte Zeitspanne mittels eines Entladungsstroms I'&sub1; entladen wird, der bezüglich des vorgegebenen normalen Entladungsstroms I&sub1;, der von der normalen ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung der dynamischen automatischen Verstärkungs faktorregelschleife gezogen wird, geeignet erhöht ist. Mit anderen Worten, die Spannung V&sub1; für die Steuerung der HF-AGC, die unter Bedingungen eines maximalen Verstärkungsfaktors der HF- AGC der ABSTIMMUNG den Wert besitzt (gegeben durch Teilen der Versorgungsspannung mittels R&sub1; und R&sub2;), verringert sich als Antwort auf eine führende Veränderung des Antennensignalpegels mit festgelegten Eigenschaften&sub1; die durch das zweite System für die automatische Regelung des ZF-AGC-Verstärkungsfaktors des Zwischenfrequenzabschnitts des Empfängers erfaßt wird, durch die Aktivierung der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung, die einen Entladungsstrom I&sub1; aus dem Kondensator C&sub1; zieht, als Funktion einer Zeitkonstante T&sub1; = R(1-2)eq C&sub1;, mit der der Wert der Spannung V&sub1; bis zu einem ersten asymptotischen Pegel, der durch das Produkt R(1-2)eq I&sub1; gegeben ist, für eine erste Anfangszeitspanne t&sub2; - t&sub1; verringert wird, wobei diese Verringerung der Spannung V&sub1; einem Gesetz folgt, das, obwohl es durch die gleiche charakteristische Zeitkonstante τ&sub1; der Schaltung bestimmt ist, auf einen zweiten asymptotischen Pegel hinwirkt, der durch das Produkt R(1-2)eq I'&sub1; gegeben ist, wobei der Entladungsstrom I'&sub1; des Kondensators C&sub1; gleich der Summe des Stroms I&sub1;, der von der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung gezogen wird, plus einem zusätzlichen Entladungsstrom Itb ist, der während er Zeitspanne t&sub2; - t&sub1; von einer speziellen Entladungsschaltung gezogen wird, die im wesentlichen parallel zur bestehenden ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung betrieben wird.
Die Schaltung der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, ist im Blockschaltbild der Fig. 7 gezeigt. Gegenüber dem Blockschaltbild eines normalen Empfängers des Standes des Technik (Fig. 1) umfaßt die dynamische automatische Verstärkungsfaktorregelschleife eine zweite Entladungsschaltung, ABSTIMMUNG- VERZÖGERUNG-PLUS genannt, an die die gleiche Referenzspannung VREF, die den Aktivierungsspannungspegel der auf den veränderlichen Widerstand RT wirkenden ABTIMMUNGS- VERZÖGERUNG darstellt, wie bereits mit Bezug auf die Schaltung des Standes der Technik der Fig. 1 beschrieben worden ist, die Spannung V&sub3; des Knotens zum Speichern der Gleichspannung für die Steuerung der ZF-AGC-Schaltung (am Speicherkondensator C&sub2;) sowie ein bestimmter Konstantstrom IA angelegt ist, der von der gleichen automatischen Regelschaltung ZF-AGC zur Verfügung gestellt werden kann, wenn der Ausgang der ZF-AGC-Schaltung seinerseits eine bestimmte Schwelle überschreitet, wobei diese Bedingung bei sehr hoher Antwortgeschwindigkeit des ZF-AGC-Systems nur bei Anwesenheit eines plötzlichen, großen Anstiegs des Antennensignals (z. B. ≥ 3 dB) auftreten kann und ein Auswandern von V&sub3; in Richtung des Wertes VREF und möglicherweise darüber hinaus verursacht.
Die Aktivierung der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung, die durch die Erzeugung (Einschalten) des Stroms IA im Abschnitt der ZF-AGC und durch ein mögliches anschließendes Überschreiten des bestimmten Wertes VREF seitens V&sub3; bestimmt wird, hängt in der Praxis ausschließlich vom Auftreten einer Anstiegsflanke des Ausgangssignals V&sub3; der ZF-AGC-Schaltung ab, und nicht vom Wert einer "Gleichspannungskomponente" desselben. Außerdem greift die ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung nicht ein, wenn eine solche schnelle Veränderung des Wertes der Spannung V&sub3; (die die gleiche ZF-AGC-Schaltung veranlaßt, den Einschaltstrom IA freizugeben) auftritt, während dieselbe Spannung V&sub3; bereits den vorgegebenen Wert VREF, die Einsetzgrenze der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung, überschritten hat.
Wie in Fig. 8 graphisch dargestellt&sub1; kann die dynamische automatische Verstärkungsfaktorregelschleife somit mit dem Auftreten entsprechender Bedingungen des Anstiegs des Antennensignalpegels VIN zwei Betriebsarten aufweisen. Eine erste Betriebsart ist durch die Kennlinie a) dargestellt und entspricht dem Einsetzen nur der ABSTIMMUNG- VERZÖGERUNG-Schaltung, die in einer vollständig analogen Betriebsart wie eine Schaltung des Standes der Technik betrieben wird, während beim Auftreten besonderer Bedingungen des Anstiegs des Antennensignals die Betriebsart der Schleife durch die Kennlinie b) dargestellt wird, die bei zusätzlicher Aktivierung der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG- PLUS-Schaltung der Erfindung neben der ABSTIMMUNG-VER- ZÖGERUNG-Schaltung gilt, mit der offensichtlichen Wirkung einer Verringerung der Interventionsverzögerungszeit der Begrenzungswirkung, die von der HF-AGC-Schaltung vor dem Knoten 5 der Eingangsschaltung des Überlagerungsempfängers bewirkt wird.
Der Zeitgraph der Fig. 8 stellt in der Praxis eine Teildarstellung (die durch den gestrichelten Rahmen begrenzte Zone) des Zeitgraphen der Fig. 9 dar. Eine Skalierung der verschiedenen Größen im Fall einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist bei diesen letzteren Zeitgraphen ausdrücklich aufrechterhalten. Die Wirkung des vorübergehenden Ziehens eines zusätzlichen Entladungsstroms aus dem Kondensator C&sub1; durch die spezielle ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Entladungsschaltung mit dem Zweck, das Absinken der Steuerspannung V&sub1;(t) der HF-AGC des Empfängers zu beschleunigen, bestimmt die Entwicklung einer Entladungskennlinie, die für ein erstes Teilstück durch eine "Pseudo-Zeitkonstante" T&sub2; gekennzeichnet ist, die kleiner ist als die wirkliche Zeitkonstante der Schaltung, die gegeben ist durch τ&sub1; = R(1-2)eq C&sub1;. Im betrachteten Beispiel ist T&sub2; = τ&sub1;/15. Wenn die Wirkung des liehens des zusätzlichen Stroms Itb durch die ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung endet, folgt die Spannung V&sub1;(t) erneut der durch die Zeitkonstante τ&sub1; bestimmten Kurve bis zum ersten asymptotischen Endladungspegel von C&sub1;, der durch das Produkt R(1-2)eq I&sub1; bestimmt ist. Dieses ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Interventionszeitintervall (t&sub2; - t&sub1;) sollte jedoch niemals den Wert T&sub2; überschreiten, der gegeben ist durch:
Andernfalls würde der Kondensator C&sub1; übermäßig entladen und die Spannung V&sub1;(t) würde unter den asymptotischen Wert fallen, der gegeben ist durch: V1 - R(1-2)eq I&sub1;.
Eine unannehmbare Situation ist tatsächlich die, in der die Spannung V&sub1;(t) deutlich unter den obenerwähnten asymptotischen Wert fällt, z. B. um einen Wert, der größer ist als 10 % von R(1-2)eq I&sub1;. Diese Bedingung der übermäßigen Verringerung der Spannung V&sub1;(t) ist mit der Kennlinie 1 der Fig. 10 graphisch dargestellt, wobei zu Vergleichszwecken die Kennlinie 5, die die alleinige Operation der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung ohne Überlagerung der von der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung der Erfindung ausgeübten Wirkung betrifft, auf ähnliche Weise dargestellt ist.
Wenn andererseits die ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung abgeschaltet wird, bevor V&sub1;(t) einen Wert in der Nähe des asymptotischen Wertes erreicht hat, z. B. einen Wert V&sub1; - 0,9 R(1-2)eq I&sub1; (d. h. einen Wert deutlich oberhalb des ersten asymptotischen Entladungspegels des Kondensators C&sub1;), wird die Wirkung der speziellen ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung nicht vollständig genutzt. Diese Bedingung ist durch die Kennlinie 3 der Fig. 10 dargestellt.
Eine bevorzugte Situation ist die, in der die Spannung V&sub1;(t) leicht unter den asymptotischen Wert fällt, wie durch die Kennlinie 2 der Fig. 10 dargestellt ist.
Eine optimale Bedingung ist in der Praxis diejenige&sub1; in der die Spannung V&sub1;(t) den asymptotischen Pegel in der kürzestmöglichen Zeit erreicht, wie durch die Kennlinie 4 der Fig. 10 dargestellt ist. Dies kann erreicht werden, wenn die ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung unmittelbar zu dem Zeitpunkt deaktiviert wird, zu dem die Spannung V&sub1;(t) den asymptotischen Wert erreicht, d. h. zu einem Zeitpunkt t&sub2; = T&sub2;, d. h., mit der minimalen Zeitspanne für das Erreichen des stabilen Zustands, die dem Wert der "Pseudo-Zeitkonstanten" T&sub2; entspricht.
Selbstverständlich ist ein Intervall von ±10 % relativ zum Wert des ersten asymptotischen Pegels, wie im Graphen der Fig. 10 dargestellt, eine günstige Entwurfswahl und stellt eine im wesentlichen befriedigende Betriebsbedingung für das System dar.
Gemäß einer Ausführungsform kann die ABSTIMMUNG-VERZÖGE- RUNG-PLUS-Schaltung der Erfindung das Schaltbild der Fig. 11 aufweisen, in der die Verbindungen mit den entsprechenden schaltungsknoten 1 und 3 des Blockschaltbilds der Fig. 7 sowie die zwei Eingangsanschlüsse, an die die Spannung VREF bzw. der Einschaltstrom IA angelegt werden, gezeigt sind, wobei der Strom im Schaltbild von einer schematisch dargestellten Konstantstromquelle IA erzeugt wird.
Die Schaltung umfaßt zwei Transistoren Q1 und Q2, die eine erste Stromspiegelschaltung für den Eingangsstrom IA bilden, die eine Differenzverstärkerschaltung, die von den Transistoren Q3 und Q4 gebildet wird, von welchen der erstere ein Transistor mit zwei unterschiedlichen Teilkollektoren ist, sowie eine zweite Differenzausgang- Stromspiegelschaltung treibt, die von den Transistoren Q5 und Q6-Q7 gebildet wird, wobei die beiden letzten Transistoren jeweils über die entsprechenden Teilkollektoren des Mehrfachkollektortransistors Q&sub3; des Differenzverstärkers getrieben werden und zwei unterschiedliche Ausgangsknoten der Stromspiegelschaltung bilden. Mit einem dieser zwei Ausgangsknoten wird direkt (t > t&sub1;) eine Ausgangschaltung getrieben, die aus einem Darlington-Transistorpaar Q9 und Q10 besteht und einen "offenen Kollektor" darstellt, der aus dem Knoten 1, d. h. aus dem Speicherknoten der Gleichspannungssteuerspannung der HF-AGC (am Kondensator C&sub1;; Fig. 7), einen Strom Itb ziehen kann, während ein Transistor Q8, der zwischen dem Knoten zum Antreiben der Ausgangsschaltung und Erde angeschlossen ist, durch den anderen Ausgangsknoten der Stromspiegelschaltung getrieben wird, um das Transistorpaar der Ausgangsschaltung nach einer bestimmten Zeitspanne (t = t&sub2;) abzuschalten.
Die Schaltung funktioniert wie folgt.
In einer Anfangssituation ist V&sub3; = < VREF, wobei die Ankunft einer ansteigenden Front des Signalpegels zum Zeitpunkt t = t&sub1; das Freigeben eines Einschaltstroms IA bestimmt, der von Q1 und Q2 gespiegelt wird und durch den Transistor Q4 fließt, der ihn an den Transistor Q5 weiterleitet, so daß er von den Transistoren Q6 und Q7 gespiegelt wird. Da Q3 abgeschaltet ist (IB = 0), fließt durch die Kollektoren der Transistoren Q6 und Q7 kein Strom, die somit gesättigt sind und die an ihren jeweiligen Kollektoren vorhandenen Spannungen fast auf Masse ziehen. Unter diesen Bedingungen bleiben die Transistoren Q8, Q9 und Q10 abgeschaltet, wobei vom Knoten 1 kein Strom absorbiert wird.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung V&sub3; zu steigen beginnt, wird der Transistor Q3 leitend (IB ≠ 0), so daß in den Kollektoren der Transistoren Q6 und Q7 ein Strom fließt. Es ist zu beachten, daß sich der Strom IB entsprechend einer Funktion der zugehörigen Flächen der Mehrfachkollektorzonen des Transistors Q3 zu 1/4 auf den Kollektor des Transistors Q6 und zu den restlichen 3/4 auf den Kollektor des Transistors Q7 verteilt.
Aufgrund dieser Tatsache und dem Aufteilungsverhältnis zwischen den Emitterflächen der Transistoren Q6 und Q7, wobei Q6 eine fünfmal größere Emitterfläche besitzt als der Transistor Q7, beginnt die Spannung an der Basis des Transistors Q9 zu steigen.
Genauer, der Transistor Q7 beginnt zum Zeitpunkt t&sub1; zu sättigen, zu dem:
wobei angenommen wird, daß VT = KT/Q 25 mV
Ab diesem Zeitpunkt (t > t&sub1; und bei VREF übersteigender Spannung V&sub3;) ist ein Strom ix an der Basis von Q9 verfügbar, der einen Strom β ix für die Basis von Q10 erzeugt, wobei der vom Knoten 1 absorbierte Gesamtstrom Itb somit gegeben ist durch:
β(β - 1)ix = β²ix
Nur wenn die Spannung am Knoten 3 der Schaltung der Fig. 7 weiter angestiegen ist (und somit nach einer bestimmten Verzögerung), beginnt auch der Transistor Q6 den gesättigten Zustand zu verlassen.
Der Transistor Q6 beginnt zum Zeitpunkt t&sub2; zu entsättigen, zu dem:
d. h. in der Praxis, wenn die von den zwei Transistoren Q3 und Q4 gebildete Differenzverstärkerschaltung vollständig unausgeglichen wird und somit der Transistor Q4 abgeschaltet ist.
Ab dem Zeitpunkt t&sub2; fließt 1/4 des Stroms IB in die Basis von Q8, wobei der Kollektorstrom von Q8 gegeben ist durch β IB/4, was sicherlich größer ist als 3 IB/4. Als Folge davon wird die Sättigung von Q8 und somit das Abschalten des Transistorpaares Q9 und Q10 erhalten.
Wie vorher erwähnt, darf die ABSTIMUUNG-VERZÖGERUNG-PLUS- Schaltung trotz des Vorhandenseins eines Einschaltstroms IA in dem Fall, in dem die Spannung V&sub3; bereits den Wert VREF überschritten hat, nicht eingreifen.
Unter dieser letzten Bedingung ist die Differenzverstärkerschaltung tatsächlich bereits unausgeglichen, wobei der Kollektorstrom von Q8 gleich β IB/4 und somit größer als 3 IB/4 ist, so daß kein Basisstrom für Q9 verfügbar wäre; jedoch träfe dies nur zu, wenn die Ansprechzeit von Q8 klein wäre. Da dies nicht der Fall ist, muß der an der Basis von Q9 verfügbare unverzögerte Strom entladen werden, wobei dies durch die Kapazität C erreicht wird, die eine Multiplikation mit β² verhindert.
Wie im Funktionsblockschaltbild der Fig. 7 gezeigt, kann die Entwicklung des Stroms Itb wie in Fig. 12 graphisch dargestellt werden. Der Maximalwert, der mit der Stromspitze Itb erreicht werden kann, beträgt ungefähr β 3 IB/4
Somit ist es möglich, relativ hohe Stromwerte zu erreichen, typischerweise ungefähr 30 mA, wobei zum Zweck der Begrenzung übergroßer Werte ein Widerstand RL in das Schaltbild der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS-Schaltung der Fig. 11 eingefügt werden kann.
Eine typische Stromspitze Itb, die von der Schaltung im Zeitintervall zwischen t&sub1; und t&sub2; absorbiert wird, ist in Fig. 12 graphisch dargestellt. Ferner ist im Graphen der Fig. 13 die Entwicklung des Entladungsstroms I&sub1; dargestellt, der von der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-Schaltung absorbiert wird.
Die Gesamtwirkung der beiden Schaltungen (ABSTIMMUNG- VERZÖGERUNG und ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS), die im wesentlichen zueinander parallel wirken, wenn beide aktiviert sind, ist im Graphen der Fig. 14 graphisch dargestellt, der die Entwicklung des Entladungsstroms I'&sub1; des Kondensators C&sub1; zur Speicherung der Gleichspannung für die Steuerung der HF-AGC-Schaltung darstellt.
Bei Betrachtung einer beispielhaften Ausführungsform, die mit Bezug auf dem Graphen der Fig. 9 beschrieben worden ist, und unter der Annahme, daß die zusätzliche Schaltung der Erfindung, die als ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS bezeichnet ist, eingeschaltet bleibt, bis die Spannung V&sub1;(t) gleich dem Wert des ersten asymptotischen Pegels wird (Kennlinie 4 des Graphen der Fig. 10), d. h. für eine Zeitspanne T&sub2; = τ&sub1;/15, muß die Gleichung:
erfüllt sein, wobei IZF der Entladungsstrom des Kondensators C&sub2; der ZF-AGC-Schaltung ist und δV gleich 75 mV - 7 mV = 68 mV ist.
Dieser Wert von δV könnte nicht ausreichen, um die Gleichung t&sub2; - t&sub1; = T&sub2; zu erfüllen, wobei tatsächlich IZF fest ist, C&sub2; ein spezieller Entwurfswert und T&sub2; = τ&sub1;/n ist, wobei τ&sub1; in der Entwurfsphase spezifiziert wird, R1, R2 und C&sub1; üblicherweise diskrete externe Bauteile sind und n der Faktor ist, um den die effektive Zeitkonstante des Systems mittels der Aktivierung der zusätzlichen Schaltung der Erfindung ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG-PLUS verringert werden soll.
Für die Erhöhung des Wertes δV gibt es zwei unterschiedliche Möglichkeiten, wenn der Wert n (im vorgeschlagenen Beispiel gleich 15) und die Aufteilung von Q3 festgelegt sind:
a) weiteres Erhöhen der Emitterfläche des Transistors Q6 gegenüber Q7, z. B. von fünffach auf zehnfach; oder
b) Einfügen von Widerständen zwischen dem Emitter von Q7 und Erde und zwischen dem Emitter von Q5 und Erde.
Für den Fall, daß die erste Lösung angenommen wird und die Emitterf läche des Transistors Q6 zehnmal größer wird als die Fläche von Q7 (10x), so wird erhalten:
und somit δV = 92 mV - 7 mV = 85 mV.
Für den Fall, daß die zweite Lösung gemäß dem modifizierten Schaltbild der Fig. 15 angenommen wird, verändern die zwei Widerstände R3 und R4 nicht das Spiegelungsverhältnis zwischen QS und Q7, das immer noch einheitlich bleibt, wodurch der zusätzliche Entladungsstrom Itb von dem Moment an verfügbar wird, zu dem V&sub3; - VREF = 7 mV. Unter der Annahme, daß die zwei Transistoren R3 und R4 beide den Wert R besitzen, gilt folgende transzendente Gleichung:
(wobei wieder angenommen wird, daß der Transistor Q6 eine fünfmal größere Emitterfläche besitzt als der Transistor Q7).
Es gilt IA = 10 µa und R = 20 kΩ, IB = 9,64 µA und somit
und somit δV = 82 mV - 7 mV = 75 mV.
Wenn gleichzeitig der Transistor Q6 mit einer zehnmal größeren Fläche ausgeführt wird als Q7, wird die transzendente Gleichung folgendermaßen modifiziert:
und besitzt als Lösung IB 9,79 µA, woraus folgt, daß V&sub3; - VREF = 96 mV und δV = 89 mV gilt.
Durch eine derartige Modifizierung der Grenzen δV, nämlich der entsprechenden Werte, die bei Erreichen durch die Spannung V&sub3;(t) zuerst die Entsättigung des Transistors Q7 (t&sub1;), die Modifizierung der Aufteilung von Q3 und dann den Transistor Q6 (t&sub2;) festlegen, kann der Beginn und die Dauer des von der Schaltung absorbierten Spitzenstroms (Fig. 12 und 14) verändert werden.
Die Wege, auf welchen der Strom IA erzeugt oder freigegeben werden kann, wenn der Pegel des Ausgangssignals VOUT der ZF-STUFE eine vorgegebene Schwelle überschreitet, was bei gegebener extrem schneller Antwort der ZF-AGC nur bei Anwesenheit eines plötzlichen Anstiegs des Signalpegels am Eingang der gleichen ZF-STUFE (Knoten 5) auftreten kann, können unterschiedlich sein und werden von einem Fachmann leicht erkannt. Die Verwendung einer Differenzverstärkerstufe, bei der an einen Eingang eine bestimmte Referenzspannung und am anderen Eingang eine Signalnachbildung des Signalpegels der ZF-AGC anliegen, stellt eine der Schaltungsanordnungen dar, die zur Erzeugung des Stroms IA für die Aktivierung der ABSTIMMUNG-VERZÖGERUNG- PLUS-Schaltung der Erfindung geeignet ist.

Claims

1. Überlagerungsempfänger, mit einer Eingangsschaltung, die einen Signalverarbeitungsweg definiert, der einen Eingang zum Empfangen des Signals und einen Ausgang besitzt und zwischen dem Eingang und dem Ausgang in Serie geschaltet eine Breitbandverstärkerstufe, die mit einer ersten automatischen Verstärkungs faktor-Regel schaltung (HF-AGC) zum Regeln der Amplitude des verstärkten Signals versehen ist, eine Abstimmschaltung zum Vorauswählen des Signals, eine Mischerstufe zum Ableiten eines Zwischenfrequenzsignals aus dem von der Breibandverstärkerschaltung und von der Abstimmschaltung bereitgestellten verstärkten Signal sowie ein Bandfilter für die Zwischenfrequenz umfaßt, das mit der Mischerstufe und einer Zwischenfrequenzschaltung in Serie geschaltet ist, die ihrerseits zumindest einen Verstärker enthält, der mit einer zweiten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (ZF-AGC) zum Regeln der Amplitude des am Ausgang erzeugten Zwischenfrequenzsignals versehen ist, wobei

die erste automatische Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (HF-AGC) einen Kondensator (C&sub1;) zum Speichern einer ersten Verstärkungsfaktor-Regelspannung (V&sub1;) besitzt,

die zweite automatische Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (ZF-AGC) einen Kondensator (C&sub2;) zum Speichern eines zweiten Verstärkungsfaktor-Regelsignals (V&sub3;) besitzt, und

eine dynamische automatische Verstärkungsfaktor- Regelschleife für die Gesamtregelung der Eingangsschaltung des Empfängers in der Lage ist, plötzliche Erhöhungen des Pegels des empfangenen Signals, die von der ersten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (HF-AGC) nicht ausgeregelt werden können, zu kompensieren, wobei die Schleife eine erste Entladungsschaltung (ABSTIMM-VERZÖGERUNG) enthält, die aus dem Speicherkondensator (C&sub1;) der ersten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (HF-AGC) gemäß einer vorgegebenen Zeitkonstante einen Entladungsstrom ziehen kann, um die erste Verstärkungsfaktor-Regelspannung (V&sub1;) gemäß einer Entladungskurve, die sich asymptotisch einem Asymptoten- Wert der Entladungsspannung nähert, zu verringern und somit eine Verringerung des Verstärkungfaktors mittels der ersten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (HF-AGC) zu erzwingen, wenn die Gleichspannung am Speicherkondensator (C&sub2;) der zweiten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (ZF-AGC), die als Antwort auf eine Erhöhung des Signalpegels am Ausgang ansteigt, einen vorgegebenen Wert (VREF) überschreitet, wobei

die dynamische automatische Verstärkungsfaktor Regelschleife außerdem eine zweite Entladungsschaltung, (ABSTIMM-VERZÖGERUNG-PLUS) umfaßt, die im wesentlichen parallel zur ersten Entladungsschaltung (ABSTIMM- VERZÖGERUNG) aus dem Speicherkondensator (C&sub1;) der ersten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (HF-AGC) über eine Zeitspanne einen zweiten zusätzlichen Entladungsstrom ziehen kann, die ausreicht, um die Verringerung der Spannung (V&sub1;) am Speicherkondensator (C&sub1;) der ersten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (HF-AGC) auf den asymptotischen Entladungswert in einer kürzeren Zeitspanne relativ zu der Zeitspanne, die durch die vorgegebene Zeitkonstante festgelegt ist, zu bewirken;

die zweite Entladungsschaltung (ABSTIMM-VERZÖ- GERUNG-PLUS) nur dann einschreitet, um parallel zur ersten Entladungsschaltung (ABSTIMM-VERZÖGERUNG) den zusätzlichen Entladungsstrom zu ziehen, wenn die Bedingung für das Überschreiten des vorgegebenen Wertes (VREF) durch die Spannung (V&sub3;) am Speicherkondensator (C&sub2;) der zweiten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (ZF-AGC) vorliegt und gleichzeitig eine Signalpegelbedingung am Eingang der Zwischenfrequenzschaltung größer ist als ein vorgegebener Maximalpegel.

2. Empfänger nach Anspruch 1, wobei die Signalpegelbedingung am Eingang der Zwischenfrequenzschaltung&sub1; die größer ist als ein vorgegebener Maximalpegel, durch die Erzeugung und Lieferung eines Freigabestroms (IA) mit einem vorgegebenen Wert an den Eingangsanschluß der zweiten Entladungsschaltung (ABSTIMM-VERZÖGERUNG-PLUS) festgestellt wird.

3. Empfänger nach Anspruch 2, in dem die zweite Entladungsschaltung (ABSTIMM-VERZÖGERUNG-PLUS) enthält:

eine erste Stromspiegelschaltung an einem Eingangsanschluß, an dem der Freigabestrom (IA) anliegt und der einen Ausgangsanschluß besitzt;

eine Differenzverstärkerschaltung, die einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor enthält, die jeweils Emitter besitzen, die gemeinsam mit dem Ausgangsanschluß der ersten Stromspiegelschaltung verbunden sind, wobei der erste Transistor eine Basis, an der die Spannung (V&sub3;) anliegt, die am Speicherkondensator (C&sub2;) der zweiten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (ZF-AGC) anliegt, sowie einen Kollektor besitzt, der mit einem Eingangsknoten einer zweiten Stromspiegelschaltung verbunden ist, während der zweite Transistor eine Basis, an die eine Spannung mit dem vorgegebenen Wert (VREF) anliegt, einen ersten Kollektor mit einer bestimmten Fläche sowie einen zweiten Kollektor mit einem Bruchteil der Fläche im Vergleich zur Fläche des ersten Kollektors besitzt, wobei die ersten und zweiten Kollektoren mit einem ersten bzw. einem zweiten Ausgangsknoten der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden sind, welche mittels zweier entsprechender Ausgangstransistoren der zweiten Stromspiegelschaltung auf einem gemeinsamen Versorgungspotential gehalten werden, derart, daß die Ausgangstransistoren durch das Fehlen eines Stromes, der vom ersten bzw. zweiten Teilkollektor des zweiten Transistors der Differenzverstärkerschaltung erzeugt wird, gesattigt sind;

eine Darlington-Ausgangsschaltung, die ein Transistorpaar, einen Lastbegrenzungswiderstand, der mit dem Kollektor des Ausgangstransistors des Transistorpaares verbunden ist, und einen Kondensator enthält, der zwischen der Basis des Eingangstransistors und dem Kollektor des Ausgangstransistors des Transistorpaars angeschlossen ist, wobei der Kollektorknoten des Darlington-Paares mit dem Speicherknoten der ersten Verstärkungsfaktor-Regelspannung (V&sub1;) der ersten automatischen Verstärkungsfaktor-Regelschaltung (HF-AGC) verbunden ist und die Basis des Eingangstransistors des Darlington-Paares mit dem ersten Ausgangsknoten der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden ist; und

einen Transistor, der zwischen dem ersten Ausgangsknoten der zweiten Stromspiegelschaltung und dem Knoten des gemeinsamen Versorgungspotentials angeschlossen ist und eine Basis besitzt, die mit dem zweiten Ausgangsknoten der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden ist; wobei

die ersten und zweiten Ausgangstransistoren der zweiten Stromspiegelschaltung einem zunehmenden Ungleichgewicht der Differenzverstärkerschaltung folgend allmählich entsattigen, wobei die Entsättigung des ersten Ausgangstransistors den Beginn des Einschaltens des Darlington-Transistorpaares bestimmt und die Entsattigung des zweiten Ausgangstransistors den Beginn des Abschaltens des Darlington-Transistorpaares bestimmt.

4. Schaltung nach Anspruch 3, in der die zweite Stromspiegelschaltung von einem ersten Eingangstransistor und einem zweiten sowie einem dritten Ausgangstransistor gebildet wird, die mit dem ersten Kollektor bzw. dem zweiten Kollektor des zweiten Transistors der Differenzverstärkerschaltung in Serie geschaltet sind und Basen besitzen, die gemeinsam mit der Basis des ersten Transistors verbunden sind;

wobei der dritte Ausgangstransistor eine Fläche besitzt, die größer ist als die Fläche des zweiten Ausgangstransistors der Stromspiegelschaltung.

5. Empfänger nach Anspruch 4, in dem zwischen dem Emitter des ersten Eingangstransistors und zwischen dem Emitter des zweiten Ausgangstransistors der zweiten Stromspiegelschaltung und Masse ein Widerstand angeschlossen ist.