FI96812B - Kvadratuurivastaanotin - Google Patents

Description

96812

Kvadratuurivastaanotin

Keksinnön kohteena on vastaanotin, jossa tulosig-naali jaetaan vähintään neljään osaan ja johon kuuluu os-5 killaattori, vähintään neljä sekoitinta, joista ensimmäinen ja toisen sekoitin sekoittavat tulosignaalin osan ensimmäisen ja toisen oskillaattorisignaalin kanssa, joiden vaiheet on siirretty 90° toisiinsa nähden. Tämäntyyppinen vastaanotin tunnetaan esimerkiksi DE-PS 2 645 950:stä.

10 Vastaanottosignaalia muunnettaessa tunnetulla ta valla samavaihe- ja kvadratuurikomponentteihinsä, saattavat nämä komponentit vääristyä ei-ideaalisten sekoitinomi-naisuuksien vuoksi.

Ammattijulkaisusta "Philips Journal of Research", 15 41. vuosikerta, nro 3, 1986, s. 219, 231, tunnetaan mene telmiä, jotka kompensoivat etenkin nolla-välitaajuusvas-taanottimissa tasavirtaryöminnän sekoittimien annoissa aiheuttavat vääristymät. Eräs menetelmä perustuu siihen, että yhtä suuret tasajännitteet sekoitetaan annoissa vas-20 takkaisilla etumerkeillä. Tämä tuottaa kuitenkin suuria vaikeuksia, sillä tasavirtaryömintä muuttuu jatkuvasti. Toisessa menetelmässä sekoittimien annot liitetään vaih-tokytkennällä seuraaviin vaiheisiin. Tällöin kuitenkin menetetään amplitudimoduloidun vastaanottosignaalin inko-25 herenttiin demodulaatioon välttämätön kantoaalto. Taajuus- moduloidun vastaanottosignaalin ollessa kyseessä signaali-osat tukahtuvat muunnostaajuuden lähialueella.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kytkennällä varustettu kvadratuurivastaanotin, joka kompensoi etenkin 30 sekoittimien ei-ideaalisten ominaisuuksien aiheuttamat ; kvadratuurivaiheisten signaalien vääristymät.

Tämän tehtävän ratkaisemiseksi keksinnön mukaiselle vastaanottimelle on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

35 Keksintöä tarkastellaan seuraavassa useiden suori- 2 96812 tusmuotoesimerkkien pohjalta.

Kuvio 1 on ensimmäinen kvadratuurivastaanotin, Kuvio 2 on osa toisesta kvadratuurivastaanotti- mesta, 5 Kuvio 3 on osa Weaver-menetelman mukaan toimivasta kvadratuurivastaanottimesta.

Kuvion 1 mukainen kvadratuurivastaanotin käsittää kolme puurakenteessa peräkkäin kytkettyä tehonjakajaa LT, LT', LT", jotka jakavat vastaanottosignaalin E neljään 10 osasignaaliin. Tehonjakajan LT' perään on kytketty ensimmäinen ja kolmas sekoitin Ml, M3 ja tehonjakajan LT" perään toinen ja neljäs sekoitin. Ensimmäisen sekoittimen Ml perään on kytketty ensimmäinen alipäästösuodatin TPl ja tämän perään ensimmäinen vahvistin VI. Vastaavasti toisen, 15 kolmannen ja neljännen sekoittimen M2, M3, M4 perään on kytketty aina yksi alipäästösuodatin TP2, TP3, TP4 ja yksi vahvistin V2, V3, V4. Ensimmäisen vahvistimen VI anto on liitetty ensimmäisen kytkennän P' ensimmäiseen ottoon ja kolmannen vahvistimen V3 anto on liitetty ensimmäisen kyt-20 kennän P' toiseen ottoon kytkennän luovuttaessa annossaan In-vaihe-signaalin IP. Toisen vahvistimen V2 anto on liitetty toisen kytkennän P" ensimmäiseen ottoon ja neljännen vahvistimen V4 anto P":n toiseen ottoon kytkennän luovuttaessa annossaan kvadratuurisignaalin QU. Ensimmäinen ja 25 toinen kytkentä P', P" ovat rakenteeltaan samanlaiset.

Kytkennät P', P" sisältävät summainen A', kaksi vähentäjää SI, S2, vaihtokytkimen U" ja integraattorin I'. Summain A' laskee yhteen kytkennän molemmat ottosignaalit, ensimmäinen vähentäjä SI vähentää ensimmäisessä otossa 30 olevasta ottosignaalista toisessa otossa olevan ottosig-: naalin. Vaihtokytkin U" ohjaa vaihdellen joko summaimen A' antosignaalin tai ensimmäisen vähentäjän SI antosignaalin integraattorille I', jonka antosignaalin toinen vähentäjä S2 vähentää kytkennän P', P" ensimmäisessä otossa olevasta 35 ottosignaalista. Toisen vähentäjän S2 antosignaali on kyt-

II

3 96812 kennän P', P" antosignaali.

Kvadratuurivastaanotin sisältää lisäksi oskillaat-torikytkennän 0, joka tuottaa neljä oskillaattorisignaalia 01, 02, 03, 04. Ensimmäinen oskillaattorisignaali 01 joh-5 detaan ensimmäiselle sekoittimelle Ml. Toinen oskillaattorisignaali 02 on vaihesiirtynyt ensimmäiseen nähden 90°:11a ja se johdetaan toiselle sekoittimelle M2.

Kolmas oskillaattorisignaali 03 on vuoroin samassa, vuoroin vastakkaisessa vaiheessa kuin ensimmäinen signaali 10 ja se johdetaan kolmannelle sekoittimelle M3. Neljäs oskillaattorisignaali 04 on vuoroin samassa, vuoroin vastakkaisessa vaiheessa kuin toinen signaali ja se johdetaan neljännelle sekoittimelle M4.

Oskillaattorikytkentä 0 sisältää oskillaattorin OS, 15 jonka perään on liitetty kytkentä HA, joka jakaa oskillaattorin signaalin OS kahdeen toisiinsa nähden 180°:11a vaihesiirrettyyn signaaliin. Ensimmäinen oskillaattorisignaali 01 haaroittuu suoraan kytkennän HA annosta, toinen oskillaattorisignaali 02 aikaansaadaan ensimmäisestä 90°:n 20 vaihesiirrolla vaihesiirtoelimen N avulla. Oskillaattori-kytkennässä 0 on lisäksi vaihtokytkin U, jonka annossa on kolmas oskillaattorisignaali 03 siten, että kytkin liittää vuoroin toisen ja vuoroin toisen kytkennän HA annon oman antonsa kanssa. Neljäs oskillaattorisignaali 04 tuotetaan 25 kolmannessa 90°:n vaihesiirrolla vaihesiirtoelimen N avulla.

Kvadratuurivastaanotin käsittää lisäksi pulssigene-raattorin TG, joka ohjaa oskillaattorikytkennän 0 vaihto-kytkintä U sekä kytkentöjen P', P" vaihtokytkintä U" si-30 ten, että näiden kytkennät tapahtuvat synkronisesti toisiinsa nähden. Tämä vaihtokytkentä toteutetaan edullisesti muutamien kHz:ien taajuudella.

Sekoittimien Ml - M4 annoissa ilmenevän tasavirta-ryöminnän sekä myös ylimääräisen, sekoittimien Ml - M4 35 perään kytkettyjen vahvistimien VI - V4 aiheuttaman, tasa- 4 96812 virtaryöminnän kompensoiminen kytkentöjen P', P" avulla on mahdollista sen vuoksi, että tasavirtaryömintä on riippuvainen oskillaattorisignaalien 01 - 04 vaiheesta, kun taas muunnettu vastaanottosignaali on näistä riippumaton. Tu-5 loksena on siis vastaanottosignaalilta peräisin olevan sekoituksen osan etumerkin vaihtuminen, kun oskillaattorisignaalien 03, 04 vaihetta kytketään 0°:n ja 180° :n välillä.

Mikäli tasavirtaryöminnän osuutta ensimmäisen (tai 10 toisen) sekoittimen Ml (tai M2) (vahvistetussa) sekoituksessa merkitään G':llä ja tasavirtaryöminnän osuutta kolmannen (tai neljännen) sekoittimen M3 (tai M4) (vahvistetussa) sekoituksessa G":11a, esiintyy ensimmäisen vähentäjän SI annossa vaihtokytkinten U, U" ollessa kuvion 1 mu-15 kaisessa asennossa suure G' - G", joka johdetaan inte-graattorille I'. Vaihtokytkennän jälkeen summaimen A antoon ilmestyy suure G' + G”, joka johdetaan integraatto-rille I'. Kyseisen kytkentävaiheen välityksellä integraat-torin I' annossa on tarkalleen suure G', joka toisen vä-20 hentäjän S2 avulla vähennetään ensimmäiseltä (tai toiselta) sekoittimelta Ml (tai M2) peräisin olevasta signaalista, joka tällä tavoin vapautetaan tasavirtaryöminnästään G'.

Kuvio 2 esittää osaa toisesta kvadratuurivastaanot-25 timesta, joka eroaa kuvion 1 laitteesta siinä, että se käsittää kytkentöjen P', P" sijaan säätimillä varustetut digitaalikytkennät D', D" ja pulssigeneraattorin TG sijaan ohjauspiirin TS. Selvyyden vuoksi kuviosta on jätetty pois muut toisen kvadratuurivastaanottimen osat, joka sisältää 30 ensimmäisen digitaalikytkennän D' kanssa rakenteeltaan identtisen toisen digitaalikytkennän D".

Digitaalikytkennän D' jokaisessa otossa on vähentäjä S', S", jonka perään on kytketty näytteenottopitoelin AH'. Vaihtokytkin U" vie vaihdellen joko toiselta tai toi-35 seita näytteenotto-pitoelimeltä AH', AH" tulevan antosig- il 5 96812 naalin AD-muuntimelle AD, jonka perään on kytketty lasku-yksikkö RR ja tämän perään taas kaksi DA-muuntajaa DA. Kunkin DA-muuntajan DA perään on kytketty yksi alipäästö-suodatin TP'f TP", joiden antosignaalit johdetaan vähentä-5 jien S', S" invertoiviin ottoihin. Kytkennän D' antosig-naali voi haaroittua ensimmäisen oton perään kytketyn vähentäjän S' annosta.

Kuten edeltävästä selityksestä sekä kuviosta 2 on havaittavissa, sisältää digitaalikytkentä D' kaksi säätö-10 piiriä. Säätösuureita ovat tasavirtaryöminnät G' ja G", jotka laskuyksikkö RR laskee ja jotka aina kunkin laskuyk-sikön sisältämä säädin säätää nollaksi. Säätimien annot on liitetty DA-muuntimiin. Säätelyyn tarvittavat ohjaussuu-reet tuotetaan laskuyksikössä RR. Säätimet toimivat PI-15 menetelmällä; säätösuureiden hidas ajallinen muutos ei edellytä säätimiltä D-toimintaan.

Ohjauspiiri TS ei ohjaa ainoastaan oskillaattori-kytkennän vaihtokytkintä U ja digitaalikytkentöjen D', D" vaihtokytkintä U", vaan myös näytteenotto-pitoelimiä AH', 20 AH" sekä laskuyksikköä RR. Kuviossa 2 on esitetty myös eri pulssit graafisesti.

Näytteenotto-pitoelimet AH', AH" tunnustelevat ajankohtina tx, t2,... ottojännitteet ja välivarastoivat ne seuraavaan näytteenottohetkeen saakka. Vaihtokytkimen U" • 25 jatkuvan vaihtokytkennän avulla nämä näytearvot johdetaan AD-muunnoksen jälkeen laskuyksikköön RR. Pulssikaavio esittää tilannetta, jossa jokaisen vaihtokytkennän jälkeen kaksi näytearvoa luetaan laskuyksikköön RR, jossa ne lasketaan.

30 Verrattuna kuvion 1 mukaisen ensimmäisen suoritus- muotoesimerkin kytkentöihin P', P", jotka eivät sisällä säätimiä, pystytetään digitaalikytkennöissä D', D" säätimien avulla kompensoimaan myös kytkentöjen linearisuusvir-heitä ja vahvistuskertoimen poikkeamia ihannearvosta 1. 35 Säätöpiirien värähtelyn vakavoitusaika on pienempi kompen- 6 96812 soitaessa molempien sekoittimien tasavirtaryömintöjä G', G" kuin jos tasavirtaryöminnän G' kompensointiin olisi käytettävissä vain yksi säätöpiiri. Tämäntyyppisen säätöpiirin käsittävien kytkentöjen P', P" muissa versioissa on 5 lisäksi integraattorin 1' perään kytketty säädin, jolloin summaimelle A' ja ensimmäiselle vähentäjälle SI johdetaan toisen vähentäjän S2 antosignaali ensimmäisessä otossa olevan signaalin asemesta.

Kuvio 3 esittää osaa kolmannesta kvadratuurivas-10 taanottimesta, joka toimii Weaver-menetelmän avulla ja joka eroaa kuvion 1 laitteesta kytkentöjen W', W" osalta, jolloin kuvion 2 tapaan selvyyden vuoksi on jätetty pois kytkennän W” sisältävät osat, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin kytkentä W'. Oskillaattorikytkennän 0 lisäksi 15 kolmas kvadratuurivastaanotin sisältää rakenteeltaan sa manlaisen ylimääräisen oskillaattorikytkennän, josta myös esitetään vain osa ja joka tuottaa neljä apusignaalia Hl -H4. Pulssigeneraattori TG ohjaa oskillaattorikytkentöjen vaihtokytkimiä U, U' siten, että ne vaihtokytkevät saman-20 aikaisesti mutta vastakkaisessa vaiheessa.

Kytkentä W' käsittää ensimmäisessä otossaan vähentäjän S ja toisessa otossaan toisen sekoittimen M". Vähentäjän S perään on kytketty myös sekoitin M', jonka anto-signaali on kytkennän W' antosignaali. Sekoittimien M', M" 25 antosignaalit johdetaan summaimelle A, jonka perään on kytketty vahvistin V ja tämän perään ylimääräinen sekoitin M. Ylimääräiselle sekoittimelle M ja toiselle sekoittimel-le M' johdetaan ensimmäinen apusignaali Hl ja sekoittimelle M" kolmas apusignaali H3, jonka vaihe on vaihdellen 30 sama tai vastakkainen ensimmäisen signaalin vaiheen kanssa. Ylimääräisen sekoittimen M perään on kytketty inte-graattori I ja tämän perään säädin R, jonka antosignaali on johdettu vähentäjän S invertoivaan ottoon.

il

Claims (8)

1. Vastaanotin, jossa tulosignaali E jaetaan vähintään neljään osaan ja johon kuuluu oskillaattori, vähin- 5 tään neljä sekoitinta (M1-M4), joista ensimmäinen ja toisen sekoitin (Ml, M2) sekoittavat tulosignaalin E osan ensimmäisen ja toisen oskillaattorisignaalin (01, 02) kanssa, joiden vaiheet on siirretty 90° toisiinsa nähden, tunnettu siitä, että kolmas ja neljäs sekoitin 10 (M3, M4) sekoittavat tulosignaalin E osan kolmannen ja neljännen oskillaattorisignaalin (03, 04) kanssa, jolloin kolmas oskillaattorisignaali suhteessa ensimmäiseen ja neljäs suhteessa toiseen oskillaattorisignaaliin on vuorotellen samassa tai vastakkaisessa vaiheessa, että vastaan-15 otin käsittää ensimmäisen kytkennän (P', D', W'), jossa on kaksi sisääntuloa, jolloin ensimmäinen sisääntulo on kytketty ensimmäisen ja toinen sisääntulo kolmannen sekoitti-men perään, ja joka ulostulossaan antaa in-phase -signaalin, ja että vastaanotin käsittää toisen kytkennän (P", 20 D", W"), jossa on kaksi sisääntuloa, jolloin ensimmäinen sisääntulo on kytketty toisen ja toinen sisääntulo neljännen sekoittimen perään, ja joka ulostulossaan antaa kvad-ratuurisignaalin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vastaanotin, 25 tunnettu siitä, että ensimmäinen kytkentä (P', D', W') ja toinen kytkentä (P", D", W") ovat rakenteeltaan samanlaiset ja että sekoittimien (M1-M4) ja kytkentöjen (P', D', W', P", D", W") väliin on kytketty alipäästösuodatin (TP1-TP4) ja vahvistin (V1-V4).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vastaan otin, tunnettu siitä, että sekoittimet (M1-M4) muuntavat tulosignaalin välitaajuudelle nolla.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen vastaanotin, joka käsittää integraattorit (I') sekoittimien ulos-35 tulosignaalien integroimiseksi, tunnettu siitä, 96812 8 että kuhunkin kytkentään (P', P") kuuluu yksi yhteenlaski-mista (A'), kaksi vähentäjää (SI, S2), vaihtokytkin (U") ja yksi integraattoreista (I'), että yhteenlaskun (A') laskee yhteen ensimmäisessä ja toisessa sisääntulossa ole-5 vat signaalit, että ensimmäinen vähentäjä (SI) vähentää ensimmäisessä sisääntulossa olevasta signaalista toisessa sisääntulossa olevan signaalin, että joko yhteenlaskimen (A') ulostulosignaali tai ensimmäisen vähentäjän (SI) ulostulosignaali on syötetty vaihtokytkimen (U") kautta 10 integraattoriin (I'), jolloin vaihtokytkin (U") vaihtokyt-kee synkronisesti vaihettaan vaihtavan oskillaattorisig-naalin vaihehyppyihin nähden, ja että integraattorin (I') ulostulosignaali on vähennetty toisen vähentäjän (S2) avulla ensimmäisessä ulostulossa olevasta signaalista, 15 jolloin syntyy kytkennän (P', P") ulostulosignaali.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että kussakin kytkennässä (P', P") on integraattorin (I') perään kytketty säädin (R) ja että yhteenlaskimelle (A') ja ensimmäiselle vähentäjälle (SI) 20 on syötetty toisen vähentäjän (S2) ulostulosignaali ensimmäisessä ulostulossa olevan signaalin asemesta.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen vastaanotin, johon kuuluu tietokone (RR) sekoittimien ulostulo- : signaalien analysoimiseksi, tunnettu siitä, että 25 nollavälitaajuusvastaanottimissa sekoittimien tuottamissa signaaleissa esiintyvän tasavirtaryöminnän kompensoimiseksi kytkennät (D', D") sisältävät kummassakin sisääntulossaan vähentäjän (S), joiden perään tietokone (RR) on kytketty kompensaatiosignaaleiden laskemiseksi, jotka on syö-30 tetty vähentäjän (S) invertoiviin sisääntuloihin, ja että kytkennän (D', D") ulostulosignaali voidaan haaroittaa ensimmäisen sisääntulon perään kytketyn vähentäjän ulostulossa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen vastaanotin, 35 tunnettu siitä, että tietokoneen (RR) edelle on li , 96812 kytketty ainakin yksi AD-muunnin (AD) ja sen perään kaksi DA-muunninta (DA).

7 96812

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanottosignaali on oskil-5 laattorisignaalien (01-04) avulla muunnettu matalalle, nollasta poikkeavalle välitaajuudelle, että kunkin kytkennän (W', W") toisessa sisääntulossa on vielä sekoitin (M") ja ensimmäisessä sisääntulossa vähentäjä (S), jonka perään on kytketty toinen sekoitin (M'), jotka muuntavat sisään-10 tulosignaalinsa kahden apusignaalin avulla korkealle väli-taajuudelle, jolloin apusignaali, joka on syötetty sekoit-timelle (M"), on vuorotellen samassa tai vastakkaisessa vaiheessa toisen apusignaalin kanssa, ja apusignaalien vaiheet on kummassakin kytkennässä (W', W") siirretty 90° 15 toisiinsa nähden, että sekoittimien (M', M") perään on kytketty yhteenlaskun (A), tämän perään lisäsekoitin (M) ja tämän perään integraattori (I), jonka signaali on syötetty säätimen (R) kautta vähäntäjän (S) invertoivaan sisääntuloon, että lisäsekoitin (M) muuntaa yhteenlaskimen 20 (A) signaalin toisen apusignaalin avulla matalalle väli- taajuudelle ja että kytkennän (W', W") ulostulosignaali voidaan haaroittaa toisen sekoittimen (M') ulostulossa. 96812 10