DE69416802T2

DE69416802T2 - FM Signal-Demodulator

Info

Publication number: DE69416802T2
Application number: DE69416802T
Authority: DE
Inventors: Noriaki Takatsuki-Shi Osaka 569 Omoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: AU8038994A; CA2138885A1; EP0660506A1; US5523720A; CA2138885C; KR0161052B1; EP0660506B1; AU677872B2; DE69416802D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen FM Signal-Demodulator zur Demodulation eines frequenzmodulierten Videosignals, das weit verbreitet bei Satellitenfernsehsendungen oder Ähnlichem verwendet wird. Mittel zur leichten Einstellung und guten Massenproduktion und Mittel, um eine stabile Demodulationsleistung zu geben, indem eine Störung aufgrund von Drift von Schwingungskomponenten und Lecken in die Eingangsstufe verringert wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei Satellitenfernsehsendungen wird eine Frequenzmodulation (FM) verwendet, um ein Videosignal zu übertragen, und dieses FM Signal wird in einem 400 MHz Band demoduliert, das eine zweite Zwischenfrequenz (ZF) ist. In jüngster Zeit ist ein solcher FM Signal-Demodulator üblicherweise mittels einer Phasenregelschleife gebildet, und Schaltungen sind als integrierte Schaltungen (IC) hergestellt worden, und eine Miniaturisierung und Verringerung des Energieverbrauchs für die Vorrichtung sind geplant.
Fig. 1(a) ist ein Blockdiagramm eines FM Signal-Demodulators gemäß dem Stand der Technik. Ein breitbandiges FM Signal, dessen zweite ZF 400 MHz ist und mit einem Videosignal moduliert ist, wird einer zweiten ZF Eingangsklemme 1 zugeführt. Ein akustisches Oberflächenwellen-Bandpaßfilter 2, das Kanalfilter genannt wird, wird verwendet, um Signale außerhalb des Bandes und Rauschen zu beseitigen. Ein zweiter ZF Verstärker 3 verstärkt das ausgewählte Signal auf einen erwünschten Pegel, um das FM Signal zu demodulieren. Der zweite ZF Verstärker 3 ist ein Verstärker mit einer konstanten Verstärkung oder ist ein Verstärker mit einer veränderbaren Verstärkung, die auf eine erwünschte Verstärkung durch ein Steuersignal eingestellt wird.
Ein Phasenvergleicher 12 bestimmt die Phasendifferenz zwischen einem eingegebenen FM Signal und einem Ausgangssignal eines spannungsgesteuerten Oszillators 18 und gibt eine Gleichspannung entsprechend der Phasendifferenz aus. Der Ausgang ist ein Videosignal, das eine Gleichspannungskomponente einschließt und den Modulatorausgangsklemmen 16 und 17 über ein Tiefpaßfilter zugeführt wird, das aus einem ersten und einem zweiten Differenzverstärker 13 bzw. 15 gebildet ist, und wird an einen spannungsgesteuerten Oszillator 18 negativ rückgekoppelt. Somit wird eine Phasenregelungsschleife gebildet.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 18 ist als eine integrierte Schaltung unter Verwendung einer in Fig. 1(b) gezeigten Schaltung gemäß z. B. EP-A-0351153 ausgebildet. Die Gleichspannungsquellenspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator 18 wird von einer Klemme 30 zugeführt. Da ein Hochpegelsignal, wie ein Schwingungssignal, leicht eine Störung bei den anderen Schaltungen innerhalb der integrierten Schaltung gibt, werden üblicherweise ausgeglichene Signale verwendet. Demgemäß wird ein Differenzverstärker, der aus den Transistoren 33 und 34 gebildet ist, verwendet, und die ausgeglichenen Signale, die von den Kollektoren der Transistoren 33 und 34 ausgegeben werden, werden dem Phasenvergleicher 12 zugeführt. Eine Serienverbindung von Kondensatoren 36 und 37 ist von dem Kollektor des Transistors 34 mit der Basis des Transistors 33 verbunden, und eine andere Reihenverbindung von Kondensatoren 38 und 39 ist von dem Kollektor des Transistors 33 mit der Basis des Transistors 34 verbunden, und diese Verbindungen geben eine positive Rückkopplung an die Transistoren. Eine Anode einer veränderbaren Kapazitätsdiode 40 und eine Klemme einer Luftspule 46 sind mit der Verbindung der Kondensatoren 36 und 37 verbunden. Die Anode einer veränderbaren Kapazitätsdiode 41 und die Klemme einer Luftspule 45 sind mit einer Verbindung der Kondensatoren 38 und 38 verbunden. Die anderen Klemmen der Luftspulen 45 und 46 liegen auf Masse. Die Kathoden der veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 sind miteinander verbunden, und ihre Verbindung ist mit einer Steuerklemme 44 über eine Reihenverbindung aus einem Widerstand 42 und einer Luftspule 43 verbunden.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 18 schwingt bei einer Resonanzfrequenz einer Resonanzschaltung, die aus den veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 und den Luftspulen 45 und 46 gebildet ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator 18 ist notwendig, um als ein Frequenzmodulator zu arbeiten, der von dem demodulierten Ausgang des Videosignals gesteuert wird. Demgemäß ist es erwünscht, daß die Ausgangsimpedanz des zweiten Differenzverstärkers 15 an der Steuerklemme 44 so niedrig wie möglich ist, um eine Videosignaländerung in dem Vidosignalfrequenzband von weniger als 10 MHz zu folgen. Um normalerweise bei einer hohen zweiten ZF von 400 MHz zu schwingen, ist es erwünscht, daß die Impedanz an der Verbindung zwischen den veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 bei dem 400 MHz Band ausreichend hoch ist. Eine hohe Impedanz wird durch eine Reihenverbindung des Widerstands 42 und der Luftspule 43 erhalten.
Weil der FM Signal-Demodulator, der in Fig. 1 (a) gezeigt ist, eine Phasenregelschleife bildet, stimmt die Frequenz eines eingegebenen FM Signals mit der Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 18 in einem Synchronzustand überein.
Wenn die zweite ZF eine Mittenfrequenz ist, weil die Ausgangsspannung des zweiten Differenzverstärkers 15 ein Mittenwert der demodulierten Ausgangsspannung wird, ist es erwünscht, daß der zweite Differenzverstärker 15 in einem Gleichgewichtszustand ist. Dann ist es erwünscht, daß die Ausgangsspannung einen Mittenwert des dynamischen Bereiches ist und der dynamische Bereich der Demodulationskennlinie maximal ist.
Es ist erwünscht, daß für die Linearität der Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 18 eine Steuerspannung am besten auf diese Spannung gesetzt wird.
Die Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 18 wird durch die veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 und die Luftspulen 45 und 46 bestimmt. Die veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 weisen üblicherweise eine Kapazitätsstreuung von ungefähr +/-15% auf, wenn die Spannung über ihre Anschlüsse konstant ist.
Aufgrund dieser Streuung schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator 18 nicht immer bei der Mittenfrequenz in der Mitte des dynamischen Ausgangsbereiches des zweiten Differenzverstärkers 15. Demgemäß wird beim Stand der Technik die Spuleninduktivität geändert, indem der Wicklungszwischenraum der Luftspule 45 oder 46 vergrößert oder verengt wird, und somit wird die Schwingungsfrequenz eingestellt, indem die Streuung der veränderbaren Kapazitätsdioden ausgeglichen wird, so daß der spannungsgesteuerte Oszillator 18 bei der Mittenfrequenz in der Mitte des dynamischen Ausgangsbereiches des zweiten Differenzverstärkers 15 schwingt.
Eine Differenzausgleichssteuerung 14 stellt die Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 18 so ein, daß sie mit der Mittenfrequenz der zweiten ZF Frequenz übereinstimmt, wenn das FM Signal dem Phasenvergleicher nicht zugeführt wird. Somit wird die freilaufende Frequenz eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife eingestellt.
In letzter Zeit sind nahezu alle Funktionen, die die FM Signal-Demodulation betreffen, wie ein zweiter ZF Verstärker 3, ein Phasenvergleicher 12, ein zweiter Differenzverstärker 15, ein spannungsgesteuerter Oszillator 18, eine Erfassungseinrichtung für eine automatische Frequenzsteuerung, eine Erfassungseinrichtung für eine automatische Verstärkungssteuerung in eine integrierte Schaltung integriert. Einige Entwicklungen sind fortgeschritten und schließen mehr periphere Schaltungselemente in einer integrierten Schaltung ein. Es gibt die Neigung, die Verstärkung des zweiten ZF Verstärkers 3 so weit wie möglich zu erhöhen und die Eingangsempfindlichkeit der integrierten Schaltung zu erhöhen.
Das Ausgangssignal der Demodulationsausgangsklemme 16 und die Bezugsspannung 19 werden einem Spannungsvergleicher 20 zugeführt. Da die Ausgangsspannung des FM Signal-Demodulators proportional der Frequenz des eingegebenen FM Signals ist, kann bei dem Spannungsvergleicher 20 ein Frequenzvergleich gemacht werden. Die Spannung der Bezugsspannungsquelle 19 wird eingestellt, daß sie eine Spannung wird, die der zu vergleichenden Frequenz entspricht. Somit kann das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 21 des Spannungsvergleichers 20 als eine Steuerspannung für die automatische Frequenzsteuerung verwendet werden.
Bei der Schaltungsausgestaltung gemäß dem Stand der Technik kommt jedoch die modulierte Ausgangsspannung wegen der Kapazitätsstreuung der veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 nicht immer in die Mitte des dynamischen Bereiches des zweiten Differenzverstärkers 15 bei der Mittenfrequenz der zweiten ZF. Deshalb muß die Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 18 eingestellt werden, und die Einstellung wird durch Erweitern oder Verengen der Entwicklungszwischenräume der Luftspulen 45 und 46 gemacht. Jedoch ist die Einstellung der Luftspulen nicht so einfach wie die veränderbarer Widerstände, und insbesondere ist eine genaue Einstellung tatsächlich äußerst schwierig.
Ferner wird bei der Schaltungsausgestaltung gemäß dem Stand der Technik, obgleich eine Störung aufgrund eines driftenden Signals verringert werden kann, da die Luftspulen 40 und 41 in eine gedruckte Schaltungskarte eingesetzt sind, die Schwingungssignalkomponente von den Luftspulen 40 und 41 zu der Rückseite der Karte oder in die Luft abgestrahlt und leckt zu dem Eingang des FM Signal-Demodulators, und eine Störung kann ohne weiteres auftreten.
Da die Eingangsempfindlichkeit der integrierten Schaltung hoch ist, wie es bereits erwähnt worden ist, kann eine Störung ohne weiteres auftreten. Insbesondere wird als ein Kanalfilter ein akustisches Oberflächenwellen-Bandpaßfilter 2 in jüngster Zeit zu Nichteinstellung verwendet und um eine gute Abschneidecharakteristik zu erhalten. Der Einführungsverlust des Filters ist so groß wie ungefähr 25 dB. Weil dieser Einführungsverlust viel größer als der eines üblichen LC Filters (ungefähr 4 dB) ist und der Ausgangssignalpegel niedrig ist, wird eine Leistungsverschlechterung durch Driften und Lecken der Schwingungssignalkomponente gefördert.
Fig. 2 zeigt eine Frequenzkennlinie von der Eingangsklemme 1 zu der Überwachungsklemme 7 des zweiten ZF Signals, das in Fig. 1 gezeigt ist. Die Wellenform A ist eine Kennlinie, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator 18 die Schwingung anhält, und die Wellenform B ist die, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator 18 normal schwingt und die Phasenregelschleife synchronisiert. Es tritt eine Störung auf, daß das Signal von dem spannungsgesteuerten Oszillator 18 zu der Eingangsstufe des FM Signal-Demodulators leckt, und die Wellenform des akustisches Oberflächenwellen-Bandpaßfilters 2 verzerrt wird. Der Grund hierfür ist, daß das Signal von dem spannungsgesteuerte Oszillator 18, das zu dem eingegebenen FM Signal synchron ist, als ein Störsignal leckt und dem ursprünglichen Signal mit einer verschobenen Phase und einer verschobenen Amplitude überlagert wird. Somit ein Phänomen, das dem Phänomen ähnlich ist, welches in einem Übertragungssystem auftritt, in dem mehrere Reflexionen auftreten. Als Ergebnis werden die Eigenschaften des demodulierten Videosignals, wie die Differenzverstärkung, die Differenzphase und Ähnliches verschlechtert.
US-A-4,107,624 offenbart eine automatische Frequenznachführschaltung, die eine Phasenregelschleife und eine Einrichtung einschließt, die in der Schleife eingeschlossen ist und irgendeine Frequenzdrift in einem einlaufenden HF-Signal ausgleichen oder korrigieren, so daß die Regelschleife bei dem einlaufenden Signal beibehalten wird. Die Korrektureinrichtung reagiert auf niedrige Frequenzkomponenten einer Gleichspannung, die durch die Erfassungseinrichtung erzeugt wird, um eine an den Schleifenverstärker angelegte Vorspannung zu ändern, damit die richtige Arbeitsweise beibehalten wird.
Die vorliegende Erfindung schafft einen FM Signal-Demodulator, der umfaßt:
einen spannungsgesteuerten Oszillator,
einen Phasenvergleicher, der ausgebildet ist, eine Gleichspannung entsprechend einer Phasendifferenz zwischen der Phase eines eingegebenen ZF Signals und der Phase eines Ausgangs des genannten spannungsgesteuerten Oszillators auszugeben; und
einen ersten Differenzverstärker, der ausgebildet ist, ein demoduliertes Signal auszugeben, das zu einer Steuerklemme des genannten spannungsgesteuerten Oszillators negativ rückgekoppelt wird;
dadurch gekennzeichnet, daß
der genannte spannungsgesteuerte Oszillator eine Resonanzschaltung mit einem Paar Kapazitäten als Resonanzelemente umfaßt, von denen zu mindestens eine eine veränderbare Kapazitätsdiode ist, und ein Paar Mikrostreifenleitungen nahezu gleicher Länge aufweist; und daß ein zweiter Differenzverstärker, dessen Ausgang durch Kondensatoren negativ rückgekoppelt wird, ausgebildet ist, eine Schwingungsfrequenz gemäß der der genannten Steuerklemme zugeführten Spannung zu verändern, indem die Spannung über das genannte Paar Kapazitäten der genannten Resonanzschaltung gesteuert wird; und daß
des weiteren ein dritter Differenzverstärker enthalten ist, der ausgestaltet ist, den Ausgang des genannten Phasenvergleichers zu verstärken und einen Eingang für den genannten ersten Differenzverstärker zu liefern, wobei der genannte dritte Differenzverstärker mit einer Differenzausgleichseinstellschaltung versehen ist, die so ausgebildet ist, daß die freilaufende Frequenz des genannten spannungsgesteuerten Oszillators die Mittenfrequenz des erwarteten ZF Signals ist, wenn kein ZF Signal dem genannten Phasenvergleicher eingegeben wird.
Bei dieser Schaltungsausgestaltung wird, da der spannungsgesteuerte Oszillator in einem Zustand schwingt, so daß der Differenzverstärker einen Differenzausgleich beibehält, eine phasengleiche Komponente kaum von dem Schwingungssignal erzeugt, und ferner ist, indem Mikrostreifenleitungen verwendet werden, die meiste Schwingungsenergie des spannungsgesteuerten Oszillators innerhalb des Dielektrikums der gedruckten Schaltungskarte vorhanden und wird kaum in die Luft abgestrahlt. Somit wird eine Störung, die durch Drift und Leck der Schwingungsenergie zur Eingangsseite des Demodulators hervorgerufen wird, verringert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 1(b) ist ein Schaltungsdiagramm eines spannungsgesteuerten Oszillators 18, der in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß dem Stand der Technik verwendet wird.
Fig. 2 zeigt eine Frequenzkennlinie von einer Eingangsklemme 1 zu einer Überwachungsklemme 7 für ein zweites ZF Signal in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 3(a) ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils eines ersten Beispiels eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung zweckmäßig ist.
Fig. 3(b) ist ein Schaltungsdiagramm eines spannungsgesteuerten Oszillators 18a, der in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß dem ersten Beispiel verwendet wird.
Fig. 4(a) ist ein Schaltungsdiagramm eines zweiten Differenzverstärkers 15a, der in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß dem ersten Beispiel verwendet wird.
Fig. 4(b) zeigt eine Eingangs-Ausgangsspannungs-Kennlinie eines zweiten Differenzverstärkers 15a, der in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß dem ersten Beispiel verwendet wird.
Fig. 5(a) ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils eines zweiten Beispiels eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung zweckmäßig ist.
Fig. 5(b) ist ein Schaltungsdiagramm eines spannungsgesteuerten Oszillators 18b, der in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß dem zweiten Beispiel verwendet wird.
Fig. 6 zweigt eine Eingangs-Ausgangsspannungs-Kennlinie eines Schaltungsdiagramm eines zweiten Differenzverstärkers 15a, der in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß dem zweiten Beispiel verwendet wird.
Fig. 7(a) ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7(b) ist ein Schaltungsdiagramm eines spannungsgesteuerte Oszillator 18c, der in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 8 zeigt eine Frequenzkennlinie von einer Eingangsklemme 1 zu einer Überwachungsklemme 7 für ein zweites ZF Signal in einem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Fig. 3(a) ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils eines ersten Beispiels eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife, das zum Verständnis der vorliegenden ErFndung zweckmäßig ist. Ein Phasenvergleicher 12, ein erster Differenzverstärker 13, eine Differenzausgleichs-Einstellschaltung 14 und ein spannungsgesteuerter Oszillator 18 haben ähnliche Funktionen wie jene beim Stand der Technik, der in Fig. 1(a) gezeigt ist, und deren ausführliche Erläuterung wird unterlassen.
Eine veränderbare Bezugsspannung wird von einer Bezugsspannungsquelle 22 einem zweiten Differenzverstärker 15a zugeführt. Zwei Eingangsklemmen eines Spannungsvergleichers 20a sind mit den ausgeglichenen Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 des zweiten Differenzverstärkers 15a verbunden, um Ausgänge proportional der Ausgangsdifferenz zwischen den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 an einer Klemme 21a zu erhalten. Die Demodulatorausgangsklemme 16 ist mit einer Steuerklemme 44 eines spannungsgesteuerten Oszillators 18a verbunden, um eine negative Rückkopplungsschleife zu bilden, und somit wird eine Phasenregelschleife gebildet.
Fig. 3(b) ist ein Schaltungsschema des spannungsgesteuerten Oszillator 18a, und die Schaltungselemente, die die gleichen Funktionen wie jene in Fig. 1 (b) haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre ausführliche Erläuterung unterlassen.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 18a schwingt bei einer Resonanzfrequenz, die durch eine Resonanzschaltung bestimmt ist, die aus veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 und Luftspulen 45 und 46 ähnlich dem Stand der Technik gebildet ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator 18a ist notwendig, um als ein Frequenzmodulator zu arbeiten, der von einem demodulierten Videosignalausgang gesteuert wird. Deshalb ist im Videofrequenzband unterhalb von 10 MHz die Ausgangsimpedanz des zweiten Differenzverstärkers 15a, wenn von der Steuerklemme 44 her betrachtet wird, wünschenswerterweise so niedrig wie möglich, um der Videosignaländerung zu folgen. Um normal bei einer zweiten ZF Frequenz von 400 MHz zu schwingen, ist die Impedanz am Verbindungspunkt zwischen den veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41, wenn in Richtung zu der Steuerklemme 44 geschaut wird, bei dem 400 MHz Band wünschenswerterweise ausreichend hoch. Deshalb wird eine hohe Impedanz durch eine Reihenschaltung eines Widerstands 42 und einer Luftspule 43 bereitgestellt.
Hier werden die Kondensatoren 36, 38 und 37, 39 ausgewählt, daß sie die gleiche Kapazität so hoch wie nahezu 3 pF aufweisen. Es ist ausreichend, daß der Widerstand 42 gleich 39 Ohm und die Induktivität der Luftspule 43 gleich 120 nH ist.
Ein Schaltungsdiagramm des zweiten Differenzverstärkers 15a ist in Fig. 4(a) gezeigt.
Der Differenzverstärker 15a ist ein Gleichspannungsverstärker, der das Phasendifferenzsignal, das ein Videosignal einschließt, verstärkt, und ist aus einem Differenzverstärker gebildet, der aus Transistoren 52 und 53 gebildet ist, denen Pufferverstärker folgen, die aus Transistoren 58 und 59 gebildet sind. Der Differenzverstärker 15a verstärkt das eingegebene Phasendifferenzsignal und gibt das Signal bei einer niedrigen Impedanz aus, nachdem der in-Phase-Signalpegel auf einen passenden Wert durch eine veränderbare Bezugsspannungsquelle 22 eingestellt worden ist.
Fig. 4(b) ist die Eingangs-Ausgangsspannungs-Kennlinie des zweiten Differenzverstärkers 15a. In Fig. 3(a) wird ein breitbandiges FM Signal, das durch ein Videosignal moduliert ist, von den Eingangsklemmen 10 und 11 des zweiten ZF Signals einem Phasenvergleicher 12 als zweites ZF Signal von 400 MHz zugeführt. Der Phasenvergleicher 12 erfaßt eine Phasendifferenz zwischen dem frequenzmodulierten Eingangssignal und dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillator 18a und gibt eine Gleichspannung aus, die der Phasendifferenz entspricht. Das Gleichsparungssignal wird an den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 über ein Tiefpaßfilter ausgegeben, das aus einem ersten Differenzverstärker 13 und dem zweiten Differenzverstärker 15a gebildet ist, und wird gleichzeitig zu dem spannungsgesteuerten Oszillator 18a negativ rückgekoppelt. Somit wird eine Phasenregelschleife gebildet.
Wenn das Mittenfrequenzsignal der zweiten ZF einem Phasenregelkreis zugeführt wird, wie es oben beschrieben wurde, schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator 18a bei der Mittenfrequenz der zweiten ZF und ist phasenverriegelt. Jedoch ist, weil die veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 üblicherweise eine Kapazitätsstreuung von unge fähr +/-15% bei einer konstanten Spannung an den Klemmen aufweisen, die Kennlinie der Schwingungsfrequenz gegenüber der Spannung an den Klemmen nicht konstant. Das heißt, die Ausgangsspannung des zweiten Differenzverstärkers 15a ändert sich, und der zweite Differenzverstärker 15a ist nicht immer im Gleichgewicht. Dies wird im folgenden unter Verwendung von Fig. 4(b) erläutert.
Wenn die Kapazitätswerte der veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 den Standardwert aufweisen, schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator 18a bei einer Mittenfrequenz der zweiten ZF bei der Standardsteuerspannung, und der Arbeitspunkt ist der Punkt A, wie es in Fig. 4(b) gezeigt ist.
Wenn die Kapazitätswerte beider veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 größer als ein Standardwert sind, ist es notwendig, eine höhere Steuerspannung als die Standardspannung der Steuerklemme 44 zuzuführen, damit der spannungsgesteuerte Oszillator 18a bei der Mittenfrequenz der zweiten ZF schwingt. Deshalb verläßt der zweite Differenzverstärker 15a das Gleichgewicht, und der Arbeitspunkt gelangt zu dem Punkt B, der in Fig. 4(b) gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Spannung, die einer Ausgangsdifferenz zwischen den Klemmen 62 und 63 entspricht, d. h. den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 an der Ausgangsklemme 21a des Spannungsvergleichers 20a.
Demgemäß gelangt, wenn die Spannung der Bezugsspannungsquelle 22, die eine Versorgungsspannung an den zweiten Differenzverstärker 15a liefert, eingestellt wird, daß sie höher ist, und die Ausgangsspannung an dem Gleichgewichtspunkt der Eingangsspannung eingestellt wird, daß sie höher ist, der Arbeitspunkt zu dem Punkt C. Zu diesem Zeitpunkt ist der zweite Differenzverstärker 15a im Gleichgewicht. Bei einer tatsächlichen Einstellung werden die Spannungen an den Klemmen 62 und 63 dem Spannungsvergleicher 20a zugeführt, und die Spannung der Bezugsspannungsquelle 22 wird so eingestellt, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Arbeitspunkten B und E minimal ist. Der Spannungsvergleichsausgang an der Ausgangsklemme 21a des Spannungsvergleichers 20a kann als eine Steuerspannung einer automatischen Frequenzsteuerschaltung verwendet werden. Wenn irgendein Totbereich zur Steuerung der automatische Frequenzsteuerungsschaltung notwendig ist, können zwei Spannungsvergleicher verwendet werden, die eine Eingangsgleichsspannungsvergleichscharakteristik aufweisen, die ein bißchen von dem Gleichgewicht abweicht. In diesem Fall wird übli cherweise ein Bereich von +/-150 kHz von der zweiten ZF als der Totbereich ausgewählt.
Tatsächlich wird in dem FM Signal-Demodulator die Spannung der Bezugsspannungsquelle 22 in dem zweiten Differenzverstärker 15a eingestellt. Die Schwingungsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 18a wird so gemacht, daß sie die Mittenfrequenz im Gleichgewichtszustand des zweiten Differenzverstärkers 15a ist.
Die Differenzausgleichseinstellschaltung 14 wird so eingestellt, daß, wenn das FM Signal den Eingangsklemmen 10 und 11 nicht zugeführt wird, der spannungsgesteuerte Oszillator 18a bei der Mittenfrequenz der zweiten ZF schwingt. Dies ist eine freilaufende Frequenzeinstellung eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife.
Gemäß diesem Beispiel kann der FM Signal-Demodulator ohne weiteres eingestellt werden, indem die Spannung der Bezugsspannungsquelle 22 eingestellt wird, ohne die Luftspulen 45 und 46 des spannungsgesteuerten Oszillators 18 einzustellen, was mühsam und schwierig einzustellen ist. Des weiteren kann der Arbeitspunkt des Differenzverstärkers in der Mitte des dynamischen Bereiches beibehalten werden, und der dynamische Bereich kann selbst in einer Schaltung niedriger Spannung weit sein.
Fig. 5(a) ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils eines zweiten Beispiels eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife, das zum Verständnis der vorliegenden Erfindung zweckmäßig ist. Die Blöcke, die die gleichen Funktionen wie jene in Fig. 3(a) besitzen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Erläuterung wird unterlassen.
Ein Spannungsquelle wird von einer Konstantspannungsquelle 72 einem zweiten Differenzverstärker 15b zugeführt, der gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden ist. Zwei Eingangsklemmen eines Spannungsvergleichers 20a sind mit den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 des zweiten Differenzverstärkers 15b verbunden, so daß ein Ausgang, der der Differenz zwischen den Ausgängen an den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 proportional ist, an einer Ausgangsklemme 21a des Spannungsvergleichers 20a erhalten wird.
In einem spannungsgesteuerten Oszillator 18b, der in Fig. 5(b) gezeigt ist, sind die Schaltungselemente, die die gleichen Funktionen wie jene in Fig. 3(b) aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erläuterung wird unterlassen. Der unterscheidende Punkt gegenüber Fig. 3(b) liegt in der Resonanzschaltung. Der massenseitige Anschluß einer Luftspule 45 ist durch eine Parallelverbindung eines Kondensators 70 und einer veränderbaren Bezugsgleichspannung an Masse gelegt. Es ist notwendig, daß der Kondensator 70 eine ausreichend niedrige Impedanz bei 400 MHz (zweite ZF Frequenz eines Satellitenrundfunkempfängers) aufweist. Die Schwingungsfrequenz wird eingestellt, indem die Spannung über die Klemmen der veränderbaren Kapazitätsdioden durch die veränderbare Bezugsspannung 17 fein eingestellt wird.
Der Differenzverstärker 15a hat genau die gleiche Schaltung wie der in Fig. 4(a), ist aber mit einer festen Gleichspannungsquelle 72 statt einer veränderbaren Gleichspannung 22 verbunden.
Eine Konstantspannungsquelle 72 wird einem zweiten Differenzverstärker 15b zugeführt, der gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden ist. Zwei Eingangsklemmen eines Spannungsvergleichers 20a sind mit den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 des zweiten Differenzverstärkers 15b verbunden, so daß ein Ausgang, der zu der Differenz zwischen den Ausgängen an den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17 proportional ist, an einer Ausgangsklemme 21a des Spannungsvergleichers 20a erhalten wird.
In einem spannungsgesteuerten Oszillator 18b, der in Fig. 5(b) gezeigt ist, sind die Schaltungselemente, die die gleichen Funktionen wie jene in Fig. 3(b) aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erläuterung wird unterlassen. Der unterscheidende Punkt gegenüber Fig. 3(b) liegt in der Resonanzschaltung. Der massenseitige Anschluß einer Luftspule 45 ist durch eine Parallelverbindung eines Kondensators 70 und einer veränderbaren Bezugsgleichspannung an Masse gelegt. Es ist notwendig, daß der Kondensator 70 eine ausreichend niedrige Impedanz bei 400 MHz (zweite ZF Frequenz eines Satellitenrundfunkempfängers) aufweist. Die Schwingungsfrequenz wird eingestellt, indem die Spannung über die Klemmen der veränderbaren Kapazitätsdioden durch die veränderbare Bezugsspannung 17 fein eingestellt wird.
Der Differenzverstärker 15a hat genau die gleiche Schaltung wie der in Fig. 4(a), ist aber mit einer festen Gleichspannungsquelle 72 statt einer veränderbaren Gleichspannung 22 verbunden.
Fig. 6 zeigt eine Eingangs-Ausgangsspannungs-Kennlinie eines zweiten Differenzverstärkers 15a, der in dem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife verwendet wird, der in Fig. 5(a) gezeigt ist.
In Fig. 5(a) wird, wenn die Mittenfrequenz des zweiten ZF Signals von den Klemmen 10 und 11 dem FM Signal-Demodulator mit Phasenregelschleife eingegeben wird, der spannungsgesteuerte Oszillator 18b phasenverriegelt und schwingt bei der Mittenfrequenz des zweiten ZF Signals. Jedoch ist, da die veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 üblicherweise eine Kapazitätsstreuung von +/-15% bei einer konstanten Spannung über die Klemmen aufweisen, wie es vorhergehend beschrieben worden ist, die Schwingungsfrequenzcharakteristik als Funktion der Klemmenspannung nicht konstant. Das heißt, die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 15a ändert sich, und ist nicht immer im Gleichgewicht.
Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, schwingt der spannungsgesteuerte Oszillator 18b bei einer Mittenfrequenz des zweiten ZF Signals bei der Standardsteuerspannung, wenn die veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 einen Standardkapazitätswert aufweisen.
Demgemäß wird der Arbeitspunkt der Punkt A.
Jedoch ist es, wenn beide veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 Kapazitätswerte größer als der Standardwert aufweisen, notwendig, eine höhere Spannung als die Standardspannung der Steuerklemme 44 zuzuführen, damit der spannungsgesteuerte Oszillator 18b bei der Mittenfrequenz des zweiten ZF Signals schwingt. Demgemäß bewegt sich der zweite Differenzverstärker 15a aus dem Gleichgewicht, und der Arbeitspunkt kommt zu dem Punkt B. Zu diesem Zeitpunkt wird an der Ausgangsklemme 21a der Spannungsvergleicher 20a eine Spannung ausgegeben, die der Ausgangsdifferenz zwischen den Klemmen 62 und 63 entspricht, d. h., den Demodulatorausgangsklemmen 16 und 17.
Wenn die Bezugsspannung 71 des spannungsgesteuerten Oszillators 18b niedriger als der Standardgesenkt wird, d. h., wenn das Kathodenpotential der veränderbaren Kapazitätsdiode 41 relativ höher eingestellt wird, kehrt der Arbeitspunkt zu dem Punkt A zurück und der zweite Differenzverstärker 15a gelangt ins Gleichgewicht. Bei einer tatsächlichen Einstellung werden die Spannungen der Klemmen 62 und 63 dem Spannungsvergleicher 20a eingegeben, und die Spannung der Bezugsspannungsquelle 71 wird so eingestellt, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Arbeitspunkten B und E minimal wird. Der Spannungsvergleichsausgang von der Ausgangsklemme 21a des Spannungsvergleichers 20a, der zu diesem Zeitpunkt erhalten wird, kann als eine Steuerspannung für eine automatische Frequenzsteuerschaltung verwendet werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, einen Totbereich ähnlich dem ersten Beispiel bereitzustellen. Die Differenzausgleichseinstellschaltung 14 wird auch ähnlich bei dem ersten Beispiel eingestellt.
Somit kann ebenfalls beim zweiten Beispiel der FM Signal-Demodulator leicht eingestellt werden, indem die Spannung der Bezugsspannungsquelle 71 eingestellt wird, ohne die Luftspulen 45 und 46 des spannungsgesteuerten Oszillators 18 einzustellen, was beim Stand der Technik mühsam ist.
Des weiteren kann der Arbeitspunkt des Differenzverstärkers in der Mitte des dynamischen Bereiches beibehalten werden, und der dynamische Bereich kann auch in einer Schaltung niedriger Spannung weiter gemacht werden.
Fig. 7(a) ist ein Blockdiagramm eines wesentlichen Teils eines FM Signal-Demodulators mit Phasenregelschleife gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Blöcke, die ähnliche Funktionen wie jene in Fig. 3(a) und in Fig. 5(a) aufweisen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Blöcke, die ähnliche Funktionen wie jene in Fig. 1 (a) nach dem Stand der Technik aufweisen, wie eine zweite ZF Signaleingangsklemme 1, ein akustisches Oberflächenwellen-Bandpaßfilter 2 und ein zweiter ZF Verstärker 3, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erläuterung wird unterlassen.
Fig. 7(b) ist ein Schaltungsdiagramm eines spannungsgesteuerten Oszillators 18c.
Ebenfalls sind in Fig. 7(b) die Schaltungselemente, die die gleichen Funktionen wie jene in Fig. 3(a) aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erläuterung wird unterlassen. Die unterschiedlichen Punkte gegenüber Fig. 3(b) sind, daß Mikrostreifenleitungen 75 und 76 statt Luftspulen 45 und 46 verwendet werden und ein Spuleninduktor 73 in Chipform statt einer Luftspule 43 verwendet wird.
Eine Resonanzschaltung, die aus den veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 und den Mikrostreifenleitungen 75 und 76 gebildet ist, schwingt bei ihrer Eigenresonanzfrequenz. Wenn die Kapazitäten der veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 und die Länge der Mikrostreifenleitungen 75 und 76 im wesentlichen einander gleich ausgewählt werden, schwingt der Differenzverstärker 18c, wobei der Differenzausgleich beibehalten wird. Da die Schwingungsschaltung symmetrisch wird, weisen die Spannungen an den Kathoden der veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 umgekehrte Phasen und nahezu gleiche Amplituden auf.
Des weiteren wird, weil der Verbindungspunkt zwischen den veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 ein imaginärer Massepunkt für den Differenzverstärker 18c wird, der aus den Transistoren 33 und 34 gebildet ist, die Stabilität des Schwingungszustands kaum beeinflußt, selbst wenn ein Videosignal an diesem Punkt von außerhalb angelegt und der Differenzverstärker 18c moduliert wird.
Ähnlich dem ersten und zweiten Beispiel ist es bei dem spannungsgesteuerten Oszillator 18c wünschenswert, daß die Ausgangsimpedanz des Differenzverstärkers 15, wenn von dem Steueranschluß 44 her betrachtet wird, bei dem Videofrequenzband unter 10 MHz so niedrig wie möglich wird, und die Impedanz des Steueranschlusses 44, wenn vom Verbindungspunkt der veränderbaren Kapazitätsdioden 40 und 41 betrachtet wird, bei der zweiten ZF von 400 MHz ausreichend hoch ist.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Spuleninduktor 73 in Chipform statt einer Luftspule 43 verwendet. Die Induktanz des Chip-Spuleninduktors ist ausreichend und ungefähr 120 nH. Eine Luftspule könnte jedoch statt des Spuleninduktors in Chipform verwendet werden.
Bei einer gedruckten Mikrostreifenleitung konzentriert sich das elektromagnetische Feld ohne weiteres zwischen dem Massemuster auf der Rückseite der gedruckten Schal tungskarte und der Mikrostreifenleitung auf der Vorderseite der gedruckten Schaltungskarte. Deshalb ist die meiste Schwingungsenergie des spannungsgesteuerten Oszillators 18c innerhalb des Dielektrikums der gedruckten Schaltungskarte und unterhalb der Mikrostreifenleitungen und strahlt kaum in die Luft ab im Unterschied zu dem, was die Luftspulen tun. Insbesondere nimmt, wenn spiralförmige Leitungen statt Streifenleitungen verwendet werden, die Konzentration des elektromagnetischen Feldes zu und die Wirkung wird erhöht.
Fig. 8 zeigt eine tatsächlich gemessene Frequenzlinie von einer Eingangsklemme 1 zu einer Überwachungsklemme 7 eines zweiten ZF Signals in einem FM Signaldemodulator mit Phasenregelschleife gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kennlinie A wurde in dem Zustand gemessen, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator 18c nicht schwingt, und die Kennlinie B wurde in dem Zustand gemessen, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator 18c normal schwingt und die Phasenregelschleife verriegelt ist.
Obgleich eine Störung mit dem Signal des spannungsgesteuerten Oszillators 18c driftet und in die Eingangsstufe des FM Signal-Demodulators leckt und die Wellenform des akustisches Oberflächenwellen-Bandpaßfilters gering gestört wird, hat sich jedoch herausgestellt, daß die Störung verglichen mit dem Stand der Technik äußerst verbessert worden ist.
Bei den Satellitenrundfunkübertragungsnormen wurde das Videosignal, das unter Verwendung des FM Signal-Demodulators demoduliert wurde, gemessen und zeigte eine Charakteristik dahingehend, daß seine Differenzverstärkung weniger als 1% war und seine Differenzphase weniger als 1 Grad war. Die Modulationsempfindichkeit (Änderung der Schwingungsfrequenz als Funktion der Steuerspannung) des spannungsgesteuerten Oszillators 18c wurde zu ungefähr 20 MHz/V gemessen, und das Signal-Rauschverhältnis des Videoverhältnisses wurde mit mehr als 65 dB gemessen, und insgesamt ist dies ein ausreichender Wert.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden zwei veränderbare Kapazitätsdioden verwendet, und es wird beobachtet, daß die Differenzfunktion des spannungsgesteuerten Oszillators so perfekt wie möglich ist. Jedoch ist eine der zwei veränderbaren Kapazitätsdioden durch einen Kondensator in Chipform ersetzbar, der nahezu die gleiche Kapazität aufweist. Es ergibt sich kein Problem, da die Schwingungsfrequenz 400 MHz ist, was ausreichend hoch ist, und die Arbeitsfrequenzbandbreite nur 27 MHz ist, was für einen Kanal gilt, und es ist wichtig, die Linearität zwischen der Schwingungsfrequenz und der Steuerspannung in dem Arbeitsfrequenzband beizubehalten. Je höher die Modulationsempfindichkeit ist, um so kleiner ist die Amplitude der Steuerspannung. Es ist leichter, eine gute Linearität der Steuerspannung zu erhalten, und der dynamische Bereich des Differenzverstärkers darf ganz schmal sein. Wenn aber die Modulationsempfindlichkeit größer als 40 MHz ist, wird das Signal-Rauschverhältnis des Demodulatorausgangs schlechter. Deshalb wird manchmal eher bevorzugt, eine veränderbare Kapazitätsperiode zu verwenden.
Die allerwichtigste Angelegenheit ist, eine gute Linearität einer Schwingungsfrequenz als Funktion einer Steuerspannung zu erhalten, indem sorgsam die Kapazität-Spannungskennlinie einer veränderbaren Kapazitätsdiode ausgewählt wird. Als ein Mittel, eine gute Linearität der Kapazität-Spannungskennlinie zu erhalten, wird ein Kondensator in Chipform mit einem geeigneten Kapazitätswert ausgewählt.
Somit kann gemäß dem Ausführungsbeispiel ein FM Signal-Demodulator hergestellt werden, der eine Störung aufgrund einer Drift und eines Lecks der Schwingungsenergie des spannungsgesteuerten Oszillators zu der Eingangsstufe des FM Signal-Demodulators verhindert, und eine stabile Demodulationscharakteristik besitzt.
Das oben erwähnte Ausführungsbeispiel ist nicht auf die Verwendung für den Satellitenrundfunkempfang beschränkt und ist bei allen Demodulatoren für ein FM Signal anwendbar.

Claims

1. Ein FM Signal-Demodulator, der umfaßt:

einen spannungsgesteuerten Oszillator (18c),

einen Phasenvergleicher (12), der ausgebildet ist, eine Gleichspannung entsprechend einer Phasendifferenz zwischen der Phase eines eingegebenen ZF Signals und der Phase eines Ausgangs des genannten spannungsgesteuerten Oszillators (18c) auszugeben; und

einen ersten Differenzverstärker (15), der ausgebildet ist, ein demoduliertes Signal auszugeben, das zu einer Steuerklemme (44) des genannten spannungsgesteuerten Oszillators (18c) negativ rückgekoppelt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

der genannte spannungsgesteuerte Oszillator (18c) eine Resonanzschaltung mit einem Paar Kapazitäten (40, 41) als Resonanzelemente umfaßt, von denen zu mindestens eine eine veränderbare Kapazitätsdiode ist, und ein Paar Mikrostreifenleitungen (75, 76) nahezu gleicher Länge aufweist; und daß ein zweiter Differenzverstärker (33, 34), dessen Ausgang durch Kondensatoren negativ rückgekoppelt wird, ausgebildet ist, eine Schwingungsfrequenz gemäß der der genannten Steuerklemme (44) zugeführten Spannung zu verändern, indem die Spannung über das genannte Paar Kapazitäten der genannten Resonanzschaltung gesteuert wird; und daß

des weiteren ein dritter Differenzverstärker (13) enthalten ist, der ausgestaltet ist, den Ausgang des genannten Phasenvergleichers (12) zu verstärken und einen Eingang für den genannten ersten Differenzverstärker (15) zu liefern, wobei der genannte dritte Differenzverstärker (13) mit einer Differenzausgleichseinstellschaltung (14) versehen ist, die so ausgebildet ist, daß die freilaufende Frequenz des genannten spannungsgesteuerten Oszillators (18c) die Mittenfrequenz des erwarteten ZF Signals ist, wenn kein ZF Signal dem genannten Phasenvergleicher (12) eingegeben wird.

2. Ein FM Signal-Demodulator gemäß Anspruch 1, bei dem die Kapazitäten des genannten Resonanzkreises ein Paar veränderbarer Kapazitätsdioden (40, 41) sind.

3. Ein FM Signal-Demodulator gemäß Anspruch 1, bei dem die genannten Kapazitäten der genannten Resonanzschaltung eine veränderbare Kapazitätsdiode und ein fester Kondensator sind.

4. Ein FM Signal-Demodulator wie in Anspruch 1 bis 3 genannte, bei dem die ausgeglichenen Ausgangssignale des genannten ersten Differenzempfängers (15) den zwei Eingangsklemmen eines Spannungsvergleichers (20) zugeführt werden.