FI72626B - Anordning foer kompensering av frekvensvariationer i fm-system. - Google Patents

Description

1 72626

Kytkentä taajuusvaihteluiden kompensoimiseksi FM-järjestelmissä

Keksinnön kohteena on kytkentä taajuusvaihteluiden kompensoimiseksi FM-järjestelmissä, etenkin FSK-modeemeilla tapahtuvassa tietojensiirrossa yksisivukaistakäytössä käyttämällä vaiheensäätösilmukkaa.

Tietojensiirrossa, joka toimii usein FSK- (Frequency-Shift-Keying) -signaaleilla, esiintyy oskillaattoritaa-juuden epävarmuutta demodulaattorissa yksittäisten elementtien ja sivupoikkeutuksen toleranssien johdosta, jotka aiheutuvat vanhenemisesta ja lämpötilan vaihteluista. Mahdollinen apu, joka saadaan käyttämällä erittäin taajuusstabiileja elementtejä, on hyvin kallista. Samalla tavoin myös additiivinen taajuussiirto on huono, ennen kaikkea suurtaajuusoskillaattoreissa radio-lähetinvastaanotinlaitteiden sekoittimissa. Tämä on ongelmallista tietojensiirrossa yksisivukaistamenetel-mässä. Puuttuva kantoaalto on tuotettava jälleen vastaanottimessa. Tällöin voi esiintyä lähetetyn ja vastaanotetun taajuuden välillä 100 Hz:n erotus. Demodulaattori, joka ei voi kompensoida tätä poikkeamaa, aiheuttaa näissä olosuhteissa virheitä.

Säädettäessä stabiili tila ja kompensoitaessa hitaita taajuusliukumavirheitä on tällaisessa järjestelmässä asetettu rajoitukset. Koodi on tasattava tai kuitenkin ainakin määrätty osa siitä on tasattava.

Tämä ei koske yksistään tasattua tietokoodia, jossa on olemassa loogisten lukujen 1 ja 0 vakiosuhde tietovirrassa määrätyn ajan yli, vaan myös kaikkia FM-järjestelmiä, joilla on vakio keskitaajuus aikana τ. Tämä integroin-tiaika on tärkeä parametri tässä järjestelmässä.

2 72626 Tällaista järjestelmää selitetään seuraavassa kuviossa 1 esitetyn FSK-signaalin tasausta varten olevan PLL:n (Phase Locked Loop) avulla:

Vaiheensäätösilmukka muodostuu vaihedetektorista 1, jolle syötetään FSK-signaali ja jännitesäädetyn oskillaattorin 3 (VCO) ulostulosignaali, sekä silmukkasuotimesta 2, tie-tosuotimesta 4 ja tämän jälkeen kytketystä komparaattorista 5 binaaristen signaalien (DATA) tuottamiseksi, jolle syötetään toisesta sisäänmenosta vertailujännitelähteen 6 signaali. Oskillaattori 3 säädetään sisäänmenosignaalin keskitaajuuteen. Silmukan ulostulosta D luovutetaan määrättyä sisäänmenotaajuutta varten tasajännite. Tällä tasajännitteellä sisäänmenotaajuuden ollessa samanlainen oskillaattorin keskitaajuuden kanssa vertailusignaa-lina ulostulo tulee olemaan kääntäen verrannollinen silmukka vahvistukseen K TT nähden, siis ~—. Määrätyllä

PIjJj JVPLL

taajuuserotuksella sisäänmenosignaalin ja oskil laattorin keskitaajuuden välillä voidaan ulostulosta tehdä erityisen kapea silmukkavahvistuksen kasvaessa.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan kytkentä, jonka avulla voidaan kompensoida yksinkertaisella tavalla taa-juusvaihtelut FM-järjestelmissä.

Tämä tehtävä ratkaistaan alussa esitetyn laatuisen kytkennän avulla keksinnön mukaisesti säätösilmukalla, joka muodostuu vahvistukseltaan pienestä, nopeasta detektori-haarasta, joka muodostuu vaihedetektorista, silmukkasuotimesta ja jännitesäädetystä oskillaattorista ja jonka ulostulosignaali syötetään suotimen kautta toisesta sisäänmenostaan vertailujännitelähteeseen liitettyyn komparaattoriin, ja vahvistukseltaan suuresta, hitaasta kompensaatiohaarasta, joka muodostuu differentiaalivahvistimesta, jonka molemmille sisäänmenoille syötetään toisaalta detektorihaaran ulostulosignaali ja toisaalta vertailujännite, jälkeen kytketystä alipäästösuotimesta 3 72626 ja tulkinta- ja pitopiiristä, jonka toinen sisäänmeno on yhdistetty alipäästösuotimen ulostuloon ja toiselle si-säänmenolle syötetään pitosignaali ja jonka ulostulo on johdettu detektorihaarassa olevan summavahvistimen toiseen sisäänmenoon.

Keksinnön edullisia sovellutuksia ja edelleenkehitys-muotoja on esitetty alivaatimuksissa.

Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin piirustuksessa esitettyjen suoritusesimerkkien avulla, jolloin kuviot 2-4 esittävät kolmea erilaista suoritusmuotoa lohkokaa-viokuvana.

Kuviossa 2 on esitetty kytkennän ensimmäinen suoritusmuoto. Säätösilmukka on jaettu kahteen haaraan, nimittäin vahvistukseltaan pieneen, nopeaan haaraan FM-signaalin tasasuuntausta varten ja vahvistukseltaan suureen, hitaaseen haaraan taajuusvirheiden kompensointia ja taajuuden hidasta sivupoikkeutusta varten järjestelmän jossakin osassa. Detektorihaara sisältää vaihede-tektorin 1, alipäästösuotimeksi muodostetun silmukka-suotimen 2 ja jännitesäädetyn oskillaattorin (VCO) 3, jonka signaali ja kytkennän sisäänmenosignaali (FSK-signaali) syötetään vaihedetektorille 1. Ulostulo-puolella on vaihedetektorin 1 jälkeen kytketty alipääs-tösuodin 2 ja summausvahvistin, jossa on kaksi sisään-menoa ja jonka ulostulo on yhdistetty oskillaattoriin 3. Alipäästösuotimen 2 vahvistimen 7 toiseen sisäänmenoon yhdistetystä ulostulosta on johdettu vaiheensäätösilmu-kan PLL ulostulo D, joka on yhdistetty toisaalta alipäästösuotimen 4 kautta komparaattorin 5 toiseen sisäänmenoon ja toisaalta differentiaalivahvistimen 8 toiseen sisäänmenoon. Komparaattorin 5 ja differentiaalivahvistimen 8 toinen sisäänmeno on yhdistetty vertailusignaalin VREF tuottavaan vertailujännitelähteeseen 6. Komparaattorin 5 ulostulosta voidaan ottaa binaariset tiedot (DATA). Differentiaalivahvistin 8 muodostaa kompensoin- 4 72626 tihaaran yhdessä sitä seuraavan tulkinta- ja pitopiirin 10 kanssa, jonka toiseen sisäänmenoon syötetään pitosig-naali ja jonka ulostulo on yhdistetty detektoripiirissä olevan summausvahvistimen 7 toiseen sisäänmenoon. Tulkinta- ja pitopiiriä käytetään toteamaan vertailujänni-tesäädettyyn oskillaattoriin nähden, kun säätösilmukka on kompensoinut taajuusvirheen tai kun säätösilmukka putoaa pois pitoasemasta.

Tulkinta- ja pitopiiri voidaan korvata A/D-D/A (analogia/-digitaali-digitaali/analogia)-muuntajalla, jossa on digi-taalimuisti sivupoikkeutuksen eliminoimiseksi aikaa vastaan. Kompensoinnin tarkkuuden määrää vahvistin ja säätöajan määrää kompensointihaarassa oleva alipäästö-suodin. Stabiliteettikriteerit on otettava huomioon säätösilmukan sovellutuksessa. Tämä ei ole mikään ongelma, kun voidaan olettaa hitaasti toimiva kompensoin-tiverkosto. Integrointisuotimella 9 on oltava tällöin suurempi integrointiaika kuin sisäänmenosignaalin stabiilin keskitaajuuden integrointiaika.

On olemassa kaksi mahdollisuutta kytkennän hyväksikäyttöön. Toisaalta voidaan käyttää jatkuvasti tasattua koodia, jossa esiintyy keskeytymätön tietovirta, jolla on stabiili keskitaajuus. Tässä tapauksessa tulkinta-ja pitopiiri ei toimi. Toinen mahdollisuus on se, että käytetään tasaukseen sisäänmenosignaalin määrättyä taajuutta. Tämä voi olla aloitusmerkki tulkintakentän alussa. Integroinnin aikavakio kompensointisilmukan alipäästösuotimessa voidaan tällöin tehdä paljon nopeammaksi sen jälkeen, kun taajuus on stabiilissa tilassa.

Tätä mahdollisuutta voidaan käyttää sekä jatkuvissa että myös ei-jatkuvissa järjestelmissä, so. sekä keskitaajuu-deltaan stabiilissa keskeytymättömässä tietovirrassa että myös lähetetyn viestin pituuden ollessa rajoitettu, kun siis koodia ei ole tasattu.

5 72626

Kun säätösilmukka ei ole enää lukittuna, tarvitaan lukitus sisäänmenosignaalille. Tämä riippuu silmukkavahvis-tuksesta ja silmukkasuotimista. Ensimmäisen kertaluvun säätösilmukassa, so. ilman silmukkasuotimia, on lukituksen kaistaleveys yhtä suuri kuin silmukkavahvistus. Suuremman kertaluvun säätösilmukassa on silmukkasuotimil-la suuri merkitys. Lukituksen kaistaleveys voi olla äärimmäisen kapea ja säätösilmukkaa ei lukita, paitsi jos sisäänmenotaajuus on ahtaalla kaistalla oskillaattorin keskitaajuuden lähellä. Säätösilmukan ollessa lukittuna pitoalue on yhtä suuri kuin silmukkavahvistus.

Tämän lukitusongelman välttämiseksi voidaan silmukkasuo-timet oikosulkea silmukan ollessa lukitsematta. Lukitus-alue voidaan tehdä tällöin äärimmäisen leveäksi. Heti kun silmukka on lukittu, poistetaan oikosulut hitaasti ja kytkentä toimii tavalla, mikä esitettiin edellä kuvion 2 mukaisen suoritusmuodon yhteydessä. Suoritusmuoto, jossa on silmukkasuotimien oikosulut, on esitetty kuviossa 3, jossa yhdensuuntaisesti detektorihaarassa olevaan alipäästösuotimeen 1 ja kompensointihaarassa olevaan alipäästösuotimeen 9 nähden on kytketty kulloinkin oikosulkutransistori Tl, T2 (FET-transistorit) hitaiksi säätösilmukan pitämiseksi pitoalueella. Muu kytkennän rakenne vastaa kuvion 2 mukaista kytkentää.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön mukaisen kytkennän eräs toinen suoritusmuoto. Tämä on muunnelma, jossa käytetään ensimmäisen kertaluvun ulkoista Phase Locked Loop'ia (PLL), jolla on laaja pidätysalue. Lisäksi järjestetty, sisäänmenopuolella jo olemassa olevan säätösilmukan PLL2 rinnalla oleva PLL1 muodostuu vaihedetektorista 12 ja jännitesäädetystä oskillaattorista 13. PLLl:n ulostulossa Dl olevan alipäästösuotimen 14 kautta tämä on johdettu vaihtokytkimen S3 vaihtokytkentäkoskettimeen, jonka toinen vaihtokytkentäkosketin on yhdistetty tulkinta- ja pito-piirin 10 ulostuloon ja jonka keskikosketin on yhdistetty 6 72626 silmukan PLL2 detektorihaarassa olevan summausvahvistimen 7 toiseen sisäänmenoon. Silmukan PLL1 ulostulosignaali suodatetaan alipäästösuotimessa 14 ja se johtaa toisen silmukan PLL2 lukkiutumiseen. Lukkiutumisen jälkeen ylimääräinen silmukka PLLl katkaistaan ja vahvistukseltaan suuri, hidas kompensointihaara yhdistetään toiseen silmukkaan PLL2, joka toimii nyt edellä jo esitetyllä tavalla. Muu kytkennän rakenne vastaa tällöin kuvion 2 mukaisen kytkennän rakennetta.

Claims (4)

7 72626

1. Kytkentä FM-järjestelmien taajuusvaihteluiden kompensoimiseksi, etenkin tietojensiirrossa FSK-modeemeilla yk-sisivukaistakäytössä käyttämällä vaiheensäätösilmukkaa, jossa on vaihedetektori, suodatin ja jänniteohjattu oskillaattori, tunnettu siitä, että säätösilmukka muodostuu vahvistukseltaan pienestä, nopeasta detektorihaarasta, joka muodostuu vaihedetektorista (1), silmukkasuotimesta (2) ja jännitesäädetystä oskillaattorista (3) ja jonka ulostulosignaali johdetaan suotimen (4) kautta toisesta sisäänmenostaan vertailujännitelähteeseen (6) liitettyyn komparaattoriin (5), ja vahvistukseltaan suuresta, hitaasta kompensointihaarasta, joka muodostuu differentiaalivahvistimesta (8), jonka sisään-menoille syötetään toisaalta detektorihaaran ulostulosignaali ja toisaalta vertailujännite, tätä seuraavasta alipäästösuo-timesta (9) ja tulkinta- ja pitopiiristä (10), jonka toinen sisäänmeno on yhdistetty alipäästösuotimen ulostuloon ja jonka toiselle sisäänmenolle syötetään pitosignaali ja jonka ulostulo on ohjattu detektorihaarassa olevan summausvahvisti-men (7) sisäänmenoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentä, tunnet-t u siitä, että detektorihaarassa olevan silmukkasuotimen (2) ja kompensointihaarassa olevan alipäästösuotimen (9) rinnalle on kytketty oikosulkutransistorit (Tl, T2).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentä, tunnet-t u siitä, että säätösilmukan (PLL2) eteen on kytketty toinen vaiheensäätösilmukka (PLLl), jonka sisäänmeno on kytketty ensimmäisen säätösilmukan sisäänmenon rinnalle ja jonka ulostulo on liitetty vaihtokytkimeen (S3) siten, että se on kytkettävissä tulkinta- ja pitopiirin (10) ulostulon kanssa vaihtoehtoisesti ensimmäisen säätösilmukan detektorihaarassa olevan summavahvistimen (7) toiseen sisäänmenoon. 72626

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että tulkinta- ja pitopiiri (10) on korvattu analogia/digitaali-digitaali/analogia-muuntajalla, jossa on digitaalimuisti.