NL8502967A

NL8502967A - Hoekdemodulator.

Info

Publication number: NL8502967A
Application number: NL8502967A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-09-19
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1987-04-16
Also published as: AU585780B2; AU6271386A; US4740759A; EP0217457A1; EP0217457B1; CA1255365A; DE3677560D1

Description

“ ' V— -ί" PHN 11.543 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Hoekdemodulator.

De uitvinding betreft een hoekdemodulator bevattende een fasedetectie-inrichting met een eerste ingang voor het toevoeren van een te demoduleren ingangsdraaggolf, een tweede ingang en een uitgang, verder bevattende een draaggolfinrichting voor het aan de tweede ingang van 5 de fasedetectie-inrichting leveren van een kwadratuurdetectie-draaggolf die op een centrale frequentie van de ingangsdraaggolf althans nagenoeg 90° in fase verschoven is ten opzichte van de ingangsdraaggolf en een op de uitgang van de fasedetectie-inrichting aangesloten laagdoorlaat-filter.

10 Een dergelijke hoekdemodulator kan worden uitgevoerd als FM-kwadratuurdemodulator, zoals bijvoorbeeld bekend uit US patent nr.

3 702 442 of als PLL-FM/PM demodulator, zoals bijvoorbeeld bekend uit OS patent nr. 3 564 434.

In het geval van een FM-kwadratuurdemodulator wordt de 15 te demoduleren FM-gemoduleerde ingangsdraaggolf in het algemeen enerzijds rechtstreeks en anderzijds via een frequentie-afhankelijke fase-draaier aan de fase detektie-inrichting toegevoerd. De frequentie-afhankelijke fasedraaier realiseert een frequentie-afhankelijke fase-draaiing van de ingangsdraaggolf, welke bij een centrale frequentie, in 20 het algemeen de frequentie die centraal in het frequentiespectrum van de ingangsdraaggolf gelegen is, ongeveer 90° bedraagt. De aldus verkregen kwadratuurdetektiedraaggolf wordt vermenigvuldigd met de ingangsdraaggolf, hetgeen resulteert in het basisband-frequentiemodulatiesignaal, dat na een selectie in het laagdoorlaatfilter aan de signaaluitgang van 25 de hoekdemodulator beschikbaar is voor een verdere signaalverwerking.

In het geval van een PLL-FM/PM demodulator vormen de fasedetektie-inrichting en het laagdoorlaatfilter tezamen met een spanningsgestuurde oscillator een fasegesleutelde lus, waarin de spanningsgestuurde oscillator de genoemde kwadratuur detektiedraaggolf 30 aan de fasedetektie-inrichting levert. Vanwege de luswerking volgt de frequentie van de kwadratuur detektiedraaggolf die van de ingangsdraaggolf met een faseverschil van rond 90°. Het regelsignaal van de • ' ; i ^ j J * * , * PHN 11.543 2 spanningsgestuurde oscillator, dat wil zeggen het uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter presenteert daardoor het basisband hoekmodulatie-signaal.

In de vermenigvuldigschakeling van de bekende hoekdemodu-5 lator ontstaat behalve het gewenst basisband modulatiesignaal een zeer sterke tweede orde stoorprodukt met tweemaal de momentane frequentie van de ingangsdraaggolf. Dit tweede orde stoorprodukt treedt niet alleen op bij een vermenigvuldiging van sinusvormige draaggolven, maar ook bij een vermenigvuldiging van niet-sinusvormige, bijvoorbeeld amplitude-begrens-10 de of blokvormige draaggolven, welke om praktische redenen vaak worden toegepast. In het laatste geval kunnen ook hogere even orde stoorproduk-ten ontstaan, welke echter ten opzichte van het gewenste basisband modu-latiesignaal in frequentie verder verwijderd zijn dan het genoemd tweede orde stoorprodukt. Een acceptabele storingsonderdrukking in het laagdoor-15 laatfilter is slechts dan mogelijk, wanneer het tweede orde stoorprodukt (en daarmede ook alle hogere orde stoorprodukten) in frequentie voldoende ver verwijderd is van het gewenste basisband modulatiesignaal.

In bepaalde FM/PM signaalverwerkingsinrichtingen en FM/PM transmissiesystemen is echter de verhouding tussen de minimum frequentie 20 van de ingangsdraaggolf en de maximum modulatiefrequentie betrekkelijk klein gekozen. Dit kan nodig zijn bijvoorbeeld bij videorecorders (VCR's) en beeldplaatspelers (VLP's) om informatie met een hoge pakkings-, dichtheid te registreren of af te lezen, bijvoorbeeld bij FM-ontvangers met zwaaicompressie om een integreerbare realisatie mogelijk te maken en 25 bijvoorbeeld bij draadloze telefoon apparaten om aan wettelijke voorschriften te voldoen. In dat geval kan de genoemde tweede orde harmonische storing zeer dicht of zelfs binnen het frequentiegebied van het gewenste basisbandmodulatiesignaal optreden, zodat een afdoende storingsonderdrukking door middel van eenvoudige filters niet mogelijk is.

30 De uitvinding beoogt op eenvoudige wijze het ontstaan van het genoemde tweede orde stoorprodukt bij de demodulatie van een fase-of frequentiegemoduleerde draaggolf te voorkomen of althans tegen te gaan.

Een hoekdemodulator van de in de aanhef vermelde soort 35 volgens de uitvinding vertoont daartoe het kenmerk, dat de draaggolf inrichting tevens is ingericht voor het leveren van een verdere detectie-draaggolf, die op de centrale frequentie van de ingangsdraaggolf althans ·- · . ; j o 7 é- ....... £' PHN 11.543 3 nagenoeg in fase of in tegenfase is met de ingangsdraaggolf, dat de fasedetectie-inrichting een derde ingang bevat voor het toevoeren van de verdere detectiedraaggolf en dat de fasedetectie-inrichting is ingericht voor het aan diens uitgang leveren van een signaal, dat in hoofdzaak 5 overeenkomt met (A-B).D, waarin A de ingangsdraaggolf, D de kwadratuur-detectiedraaggolf en B de in fase verdere detectiedraaggolf voorstelt.

De uitvinding berust op het inzicht dat bij toepassing van de maatregel volgens de uitvinding een compensatie plaatsvindt van de genoemde tweede en eventueel hogere orde stoorproducten en dat de 10 informatie van het hoek(fase- of frequentie) modulatiesignaal bij deze compensatie behouden blijft. Omdat de verdere detektiedraaggolf bij de centrale frequentie in fase of in tegenfase ten opzichte van de ingangsdraaggolf kan zijn, is de genoemde compensatie eenvoudig door middel van een aftrek- respektievelijk optelschakeling te realiseren.

15 Bij toepassing van de maatregel volgens de uitvinding kan met de genoemde compensatie worden voorkomen, dat bij afwezigheid van modulatiesignaal hogere orde demodulatieproducten in het uitgangssignaal van de fasedetectie-inrichting optreden. Bij aanwezigheid van modulatiesignaal wordt in het algemeen een belangrijke reductie van deze hogere 20 orde demodulatieproducten verkregen.

Teneinde een eenvoudige realisatie te verkrijgen, vertoont de hoekdemodulator volgens de uitvinding bij voorkeur het kenmerk, . dat de fasedetectie-inrichting een compensatieschakeling bevat voor het bij de genoemde centrale frequentie althans gedeeltelijk compenseren van 25 de ingangsdraaggolf met behulp van de verdere detectiedraaggolf en een vermenigvuldigschakeling voor het vermenigvuldigen van de gecompenseerde draaggolf met de kwadratuurdetectiedraaggolf.

De uitvinding is zowel toepasbaar bij een FM-kwadratuur-demodulator als bij een PLL-FM-PM demodulator.

30 In geval van een FM-kwadratuurdemodulator is deze bij voorkeur gekenmerkt, doordat de draaggolfinrichting een cascadeschake-ling van eerste en tweede fasedraaiers van de ingangsdraaggolf bevat, welke elk een frequentie-afhankelijke fasedraaiing realiseren welke bij de centrale frequentie van de ingangsdraaggolf nagenoeg 90° bedraagt 35 en dat de uitgang van de eerste fasedraaier met de tweede ingang van de fasedetectie-inrichting en de uitgang van de tweede fasedraaier met de derde ingang van de fasedetectie-inrichting gekoppeld is.

·' '? Λ Λ - - ^ xj -s - j PHN 11.543 4

Voor een toepassing van de laatstgenoemde maatregel is, naast de frequentie-afhankelijke fasedraaier die reeds voor de afleiding van de kwadratuurdetectiedraaggolf aanwezig is, slechts één extra fasedraaier nodig, welke als zogenaamde tweede frequentie afhankelijke 5 fasedraaier de genoemde verdere detektiedraaggolf afleidt uit de kwadratuur detektiedraaggolf. In dit geval en bij toepassing van compensatie in de ingangssignaalweg van de vermenigvuldiger, kan de compensatieschakeling, bij een geschikte impedantie-aanpassing, gevormd worden door een eenvoudige verknoping van de uitgang van de tweede 10 fasedraaier aan de ingangssignaalweg van de vermenigvuldigschakeling.

In FM-ontvangers gebaseerd op het ontvangerprincipe zoals toegepast met de geïntegreerde schakeling TDA 7000, waarin een dergelijke extra fasedraaier reeds aanwezig is voor de opwekking van een verstommingsregelsignaal is slechts de laatstgenoemde verknoping nodig 15 voor een toepassing van de uitvinding.

In geval van een PLL-FM/PM demodulator volgens de uitvinding waarbij waarbij de draaggolf-inrichting een spanningsgestuurde oscillator bevat, die tezamen met de fasedetectie-inrichting en het * laagdoorlaatfilter in een fasegesleutelde lus is opgenomen, waarbij een 20 uitgang van de oscillator voor het leveren van de kwadratuurdetectiedraaggolf met de tweede ingang van de fasedetectie-inrichting is gekoppeld, is de demodulator bij voorkeur gekenmerkt, doordat de oscillator tevens is voorzien van een uitgang voor het leveren van de verdere detectiedraaggolf die met de derde ingang van de fasedetectie-inrichting 25 is gekoppeld.

Met behulp van deze maatregel is de uitvinding op eenvoudige wijze toepasbaar op vrijwel elke bestaande PLL-FM/PM demodulator. Daartoe dient de spanningsgestuurde oscillator van zo'n PLL-demodu-lator een tweetal oscillatorsignalen in fasekwadratuur te leveren. Dit 30 komt in de praktijk op zichzelf vaak voor bijvoorbeeld bij synchrone detectie: het kwadratuur oscillatorsignaal wordt dan benut voor de fase-koppeling van de oscillator op de ingangsdraaggolf, het in of tegenfase oscillatorsignaal voor de synchrone demodulatie.

Een voorkeursuitvoering van de laatstgenoemde hoekdemo-35 dulator gebaseerd op het PLL-FM/PM demodulatieprincipe vertoont het kenmerk, dat tussen de uitgang van de fasedetectie-inrichting en de spanningsgestuurde oscillator een versterkingsinrichting is geschakeld a~ r> ? o s 7

Wr 'ij m V ^ J

φ ' ' ΡΗΝ 11.543 5 met een richtingsafhankelijke versterking, welke het regelsignaal voor de spanningsgestuurde oscillator bij een negatief faseverschil tussen de ingangsdraaggolf en de verdere detectiedraaggolf meer versterkt dan bij een positief faseverschil daartussen.

5 Bij toepassing van deze maatregel wordt een distorsie- reduktie in de hiervoor besproken PLL-FM/PM demodulator verkregen, welke vooral van voordeel is bij een betrekkelijk grote modulatie-zwaai.

Een verdere voorkeursuitvoering van een dergelijke hoek-demodulator vertoont het kenmerk, dat de versterkingsinrichting is ge-10 schakeld tussen de uitgang van de vermenigvuldigschakeling en het laag-doorlaatfilter en eerste en tweede spanningsgestuurde gedrempelde stroom-schakelingen bevat aan welke beide stroomschakelingen de uitgangsspan-ning van de vermenigvuldigschakeling is toegevoerd, welke in grootte en richting varieert met het genoemde faseverschil, welke eerste stroom-15 schakeling bij overschrijding van een eerste drempelspanning een eerste stroom aan het laagdoorlaatfilter en welke tweede stroomschakeling bij onderschrijding van een tweede drempelspanning een tweede stroom aan het laagdoorlaatfilter levert, welke beide stromen onderling in grootte en richting van elkaar afwijken.

20 Met behulp van deze maatregel wordt door een geschikte keuze van de beide drempelspanningen verkregen, dat de gevolgen van een onvolledige compensatie in de compensatieschakeling worden geëlimineerd.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van 25 de in de tekening weergegeven figuren, welke als voorbeeld dienen.

Hierin toont:

Figuur 1 een PLL-FM/PM- ofwel PLL-hoekdemodulator volgens de uitvinding,

Figuur 2 een aantal grafieken ter illustratie van de 30 werking van de PLL-hoekdemodulator van figuur 1,

Figuur 3A en 3B een aantal grafieken ter illustratie van de asymmetrie in de demodulatie-werking van de PLL-hoekdemodulator volgens figuur 1,

Figuur 4 een richtingsafhankelijke versterkingsinrich-35 ting, welke bij opname in de PLL-hoekdemodulator de genoemde asymmetrie compenseert,

Figuur 5 een andere hoekdemodulator volgens de uitvinding ** -« -7 λ * - / Λ / v, ,1 μ ^ o* it· ·; PHN 11.543 6 uitgaande van een conventionele FM-kwadratuurdemodulator.

Figuur 6 een ander uitvoeringsvoorbeeld van een fase-detectie-inrichting voor toepassing in een hoekdemodulator volgens de uitvinding.

5 Figuur 1 toont een PLL-hoekdemodulator volgens de uit vinding met een signaalingang I voor het daaraan toevoeren van een hoek-gemoduleerde ingangsdraaggolf en een signaaluitgang 01-03, waaraan het gedemoduleerde basisband hoekmodulatiesignaal wordt geleverd. De PLL hoekdemodulator bevat aan de signaalingang I gekoppeld een begrenzings-10 schakeling 1, gevolgd door een fase-gesleutelde lus 2-12 met daarin achtereenvolgens opgenomen een fase-detektie-inrichting 2, een verster-kingsinrichting 5, een met de signaaluitgang 01-03 gekoppeld laagdoor-laatfilter 6, een spanningsgestuurde oscillator 9, welke een tweetal oscillatorsignalen in fasekwadratuur levert, waarvan het in-fase 15 signaal, welke bij de centrale frequentie van de ingangsdraaggolf in fase verkeert ten opzichte van deze ingangsdraaggolf aan een in-fase uitgang 10 en het bij de centrale frequentie met de ingangsdraaggolf in fasekwadratuur verkerende signaal aan een kwadratuuruitgang 11 wordt % geleverd, alsmede een tussen de in-fase uitgang 10l en de fase-detektie-20 inrichting 2 geschakelde begrenzingsschakeling 12.

De fasedetectie-inrichting 2 bezit een eerste ingang 30, een tweede ingang 31, een derde ingang 32 en een uitgang 33.

De fasedetektie-inrichting 2 is verder voorzien van een op de ingangen 30 en 32 aangesloten compensatieschakeling 3 en een op de 25 uitgang van de compensatieschakeling 3 en de ingang 31 aangesloten ver-menigvuldigschakeling 4. De compensatieschakeling 3 ontvangt enerzijds vanuit de begrenzingsschakeling 1 een amplitude begrensd hoekgemoduleer-de ingangsdraaggolf A en anderzijds vanuit de begrenzingsschakeling 12 het in amplitude begrensd in-fase oscillatorsignaal als zogenaamde ver-30 dere detektiedraaggolf B. De begrenzingsschakelingen 1 en 12 zijn daarbij zodanig ingesteld, dat de draaggolven A en B onderling op eenzelfde waarde in amplitude begrensd zijn. De draaggolven A en B worden in de compensatieschakeling 3 onderling van elkaar afgetrokken, hetgeen resulteert in een pulsvormig signaal C dat een ingangssignaal voor de ver-35 menigvuldigschakeling 4 vormt. Aan de vermenigvuldigschakeling 4 wordt vanuit de kwadratuuruitgang 11 van de spanningsgestuurde oscillator 9 het als zogenaamde kwadratuurdetektie draaggolf D fungerend kwadratuur- ~ : ' - Ί 3 7 * - ·φ ΡΗΝ 11.543 7 oscillatorsignaal toegevoerd, welke bij vermenigvuldiging met het puls-vormig signaal C een foutsignaal E veroorzaakt. Dit foutsignaal E wordt via de uitgang 33 en na een geschikte versterking in de versterkings-inrichting 5 aan het laagdoorlaatilter 6 toegevoerd, waarin het basis-5 band hoekdemodulatorsignaal wordt verkregen, welke enerzijds voor een verdere signaalverwerking en/of reproduktie wordt toegevoerd aan klemmen 01, 02 en 03 van de signaaluitgang 01-03 en anderzijds voor een fase-koppeling van de lus aan de ingangsdraaggolf A wordt toegevoerd aan de spanningsgestuurde oscillator 9.

10 In geval van een FLL-PM demodulator kan tussen het laag- doorlaatfilter 6 en de spanningsgestuurde oscillator nog een verder laagdoorlaatfilter komen dat slechts de gelijkspanningscomponent van het gedemoduleerde signaal naar de oscillator doorlaat.

Ter verduidelijking van de werking van de getoonde PLL-15 hoekdemodulator volgens de uitvinding zij verwezen naar de grafieken A tot en met F van figuur 2. Daarin is eenvoudigheidshalve uitgegaan van een open lussituatie, waarbij de oscillator vrijloopt. De grafiek (^(t) toont een sprongvormig verloop van het hoekmodulatiesignaal, welke gedurende een tijd 0-t.j de ingangsdraaggolf A over een hoek Δ ten 20 opzichte van de in-fase detektiedraaggolf B bij de vrijloopfrequentie van de spanningsgestuurde oscillator 9 verschuift, gedurende een tijd t-j-t2 nul is en gedurende een tijd groter dan t2 de ingangsdraaggolf A over een hoek -&(j? ten opzichte van de in-fase detektiedraaggolf B bij oscillatorvrijloop verschuift.

25 Gedurende de tijd t1-t2 zijn de draaggolven A en B

onderling gelijk, waardoor het signaal C in dit tijdvak nul is. Het uitgangssignaal E van de vermenigvuldigschakeling 4 is daardoor ook nul en bevat dan in tegenstelling tot conventionele PLL-hoekdemodulatoren geen tweede orde stoorprodukt. Omdat dergelijke perioden in normaal voorkomen-30 de modulatiesignalen vaak en betrekkelijk langdurig kunnen voorkomen is de door de compensatie verkregen storingsreduktie daardoor reeds aanzienlijk .

Gedurende het optreden van het positieve faseverschil in (0-t.j) tussen de draaggolven A en B ontstaan pulsen in opeenvolgende 35 wisselende polariteitsrichtingen in het signaal C, welke wisseling enerzijds het gevolg is van de richtingsomwisseling van het aftrekresultaat in de compensatieschakeling 3 aan de opeenvolgend op- en neergaande Λ » .··· 'v * ^ PHN 11.543 8 flanken van de draaggolven A en B en anderzijds bepaald wordt door het teken van het faseverschil. De breedte van opeenvolgende pulsen geeft informatie over de absolute grootte van het faseverschil.

Ook gedurende het optreden van het negatieve faseverschil 5 -Αψ in (t>t2) tussen de draaggolven A en B treden pulsen in opeenvolgend wisselende polariteitsrichtingen in het signaal C op, waarvan de breedte de absolute grootte van het faseverschil aangeeft en de polariteit bepaald wordt door de polariteitswisseling als gevolg van de opeenvolgende afwisseling van op- en neergaande flanken en de polariteit van 10 het faseverschil.

Door de vermenigvuldiging van het signaal C met de kwadra-tuurdetektie-draaggolf D wordt de polariteitswisseling van de pulsen als gevolg van de wisseling in flankrichting, waarbij de signaalaftrekbewer-king in de compensatieschakeling C opeenvolgend plaatsvindt, geèlimi-15 neerd. Dit resulteert in het pulsvormig foutsignaal E, waarin gedurende de tijdvakken waarin een faseverschil tussen de draaggolven A en B bestaat, pulsreeksen optreden met een pulsherhalingsfrequentie, welke tweemaal de momentane frequentie f van de ingangsdraaggolf A bedraagt.

De pulsreeks in het tijdvak 0-t1 is daarbij tegengesteld van teken ten 20 opzichte van de pulsreeks in de tijd groter dan t2, zodat de polariteit van de pulsen eenduidig afhankelijk is van de polariteit van het modulatiesignaal. De 2e orde harmonische storing op 2fIN gedurende deze pulsreeksen bedraagt ongeveer en is daardoor meestal aanzienlijk geringer dan in het overeenkomstig uitgangssignaal 25 van een fasedetektie-inrichting van een conventionele PLL-hoekdemodu-lator.

Omdat bovendien dit faseverschil in hoofdzaak slechts dan optreedt, wanneer het modulatiesignaal van nul afwijkt, is zowel ingeval 2fjjj binnen als buiten de basisfrequentieband van het modulatiesignaal 30 valt, de verhouding tussen gewenste en ongewenste signaalcomponenten in het uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter 6 sterk verbeterd ten opzichte van die bij conventionele PLL-hoekdemodulators. Dit geldt vooral bij kleine amplitudes van het modulatiesignaal.

Door een laagdoorlaatfiltering van het foutsignaal E in 35 het laagdoorlaatfilter 6 vindt een selectie van het basisband modulatiesignaal F plaats, waarbij eventuele hogere orde stoorprodukten, welke buiten de basisfrequentieband van het modulatiesignaal vallen, onder- ' Λ ? ~t PHN 11.543 9 drukt worden. Het basisband modulatiesignaal F wordt vervolgens aan de signaaluitgang 01-03 toegevoerd.

In de getoonde uitvoering bevat de versterkingsinrichting 5 een spannings-stroomomzetter en is het laagdoorlaatfilter 6 gereali-5 seerd door middel van een serieschakeling van een aan een gemeenschappelijke verbinding tussen de versterkingsinrichting 5 en de spanningsge-stuurde oscillator 9 gekoppelde weerstand 7 en een geaarde condensator 8, en zijn de uiteinden van deze elementen 7 en 8 respektievelijk aan klemmen 01, 02 en 03 van de signaaluitgang 01-03 gekoppeld. Bij gebruik 10 van de PLL-hoekdemodulator voor de demodulatie van een FM-stereo multiplex signaal is over de weerstand 7, dat wil zeggen over de klemmen 01 en 02, het stereoverschilsignaal (L-R) beschikbaar, over de condensator 8 dat wil zeggen 02 en 03, het stereosomsignaal (L+R) ofwel het mono-signaal en over de klemmen 01 en 03 het gehele basisband stereo multi-15 plexsignaal.

De tot nu besproken PLL-hoekdemodulator toont een asymmetrische demodulatiewerking, welke toegelicht wordt aan de hand van de grafieken in de figuren 3A en 3B. Deze figuren tonen het gedrag van de PLL-hoekdemodulator, waarbij eenvoudigheidshalve uitgegaan is van een 20 situatie zonder laagdoorlaatfilter 6 (in het gegeven geval vergelijkbaar met een situatie, waarbij de condensator 8 zeer groot is), voor respektievelijk een negatieve fasevariatie -Aif? en een positieve fasevariatie A(f van de ingangsdraaggolf A(t) ten opzichte van de centrale draaggolf-frequentie iQ, optredend op tQ.

25 Figuur 3A toont, dat de negatieve variatie -A ψ resulteert in een vertraging van de eerstvolgende nulpuntsdoorgang in de ingangsdraaggolf A(t) na tQ over een tijdsduur ΔΤ D ten opzichte van de overeenkomstige nulpuntsdoorgang in de in-fase detektiedraaggolf B(t). Uitgaande van een gesloten lussituatie zonder fase-afwijkingen, 30 komt B(t) vóór en direkt na tQ in fase en frequentie overeen met de centrale frequentie fQ van de ingangsdraaggolf A, zodat ΔΓη = Aif/2 7T£0.

Gedurende deze tijdsduur ΔΐΓ0 treedt een foutsignaal E(t) aan de uitgang van de vermenigvuldigschakeling 4 op als regelsignaal voor de 35 spanningsgestuurde oscillator 9 en doet dit foutsignaal E(t) de oscillatorfrequentie fvco met Δ fD afnemen. Dit resulteert in een afname van de oscillatorfase _j j -e PHN 11.543 10 met ^^VCO = ^f' ^fD/fo·

Figuur 3B toont dat de positieve variatie Aij?, welke in grootte gelijk is aan de hiervoor besproken negatieve variatie - , resulteert in een vervroeging van de eerstvolgende nulpuntsdoorgang na 5 tQ in A(t)f gevolgd, na een regeling via de spanningsgestuurde oscillator 9, in een vervroeging van de overeenkomstige nulpuntsdoorgang in B(t). Omdat direkt na de nulpuntsdoorgang in A(t) foutsignaal E(t) als regelsignaal voor de spanningsgestuurde oscillator 9 de oscillator-frequentie fvco(t) op een waarde fQ + Δ fg brengt, bedraagt de 10 tijdsduur van dit foutsignaal E(t), dat wil zeggen de tijdsduur welke verloopt tussen de genoemde nulpuntsdoorgang in A(t) en de overeenkomstige nulpuntsdoorgang in B(t): ATjj = A(j>/ 2 7l(f0 + Λ fg), welke kleiner is danAlg. In deze kleinere tijdsduur ATg neemt de oscillatorfase vco(t) toe ®et 15 Δ(/'νco =Δ[?.ΔίΌηί0 + Δ%).

Uit het voorgaande blijkt dat bij een negatieve fase- of hoekvariatie de grootte van de afname van de oscillatorfrequentie groter is dan de grootte van de toename van de oscillatorfrequentie bij een positieve -hoekvariatie van gelijke grootte.

20 Deze polariteitsasymmetrie is voor geringe fase- variaties, dat wil zeggen geringe amplitudes van het hoekmodulatie-signaal niet of nauwelijks storend. Voor een grotere modulatie-zwaai kan . het ter vermijding van distorsie echter van voordeel zijn deze asymmetrie te compenseren, hetgeen op eenvoudige wijze gerealiseerd kan worden 25 door een tegengestelde polariteitsasymmetrie aan te brengen in de ver-sterkingskarakteristiek van de versterkingsinrichting 5. Uit het voorgaande is immers af te leiden dat ingangshoekvariaties A(j> van gelijke grootte in beide polariteitsrichtingen resulteren in oscillatorhoek-variaties A(^vco in beide polariteitsrichtingen van onderling 30 gelijke grootte wanneer Δ % Δ£° = ΤΤ% m 1 + Tö 35 Door de versterkingsfaktor van de versterkingsinrichting 5 voor fout-signalen E(t) bij een positieve ingangshoekvariatie overeenkomstig (1) groter te kiezen dan bij een negatieve ingangshoekvariatie wordt een Λ Γ* Λ > "v ö 0 J - - J - ΡΗΝ 11.543 11 * -Λ» volledige compensatie verkregen. Bijvoorbeeld met A fg = 4fQ wordt A fg = 4/5 fQ, zodat de genoemde versterkingsfaktor voor een positieve ingangshoekvariatie 5 maal *zo groot dient te zijn als die voor een negatieve ingangshoekvariatie om een volledige compensatie van de lus-5 asymmetrie te verkrijgen.

Figuur 4 toont een praktische uitvoering van een asymmetrische versterkingsinrichting 5 met een spanningssignaalingang V^n, een stroomsignaaluitgang IQUt en een spanningsreferentie ingang VREE voor het aanleggen van een drempelspanning. De spanningssignaalingang 10 Vin is daarbij gekoppeld aan de uitgang 33 van de fasedetektie-inrich-ting 2 en krijgt het foutsignaal E(t) toegevoerd, de stroomsignaaluitgang IQUt is via de weerstand 7 gekoppeld aan de als integratie-capaciteit fungerende condensator 8 van het laagdoorlaatfilter 6. De versterkingsinrichting 5 bevat eerste en tweede gedrempelde stroombron-15 schakelingen (Ισ, 13-14) en (ID, 25-26), waarin respektievelijk opgenomen een eraittergekoppeld PNP transistorpaar (13, 14), waarvan de emitters via een gemeenschappelijke stroombron Ig aan een voedingsspanning liggen, en een eraittergekoppeld NPN transistorpaar 25, 26, waarvan de emitters via een gemeenschappelijke stroombron Ig aan massa 20 liggen. De bases van ingangstransistoren 13 en 25 van deze beide transis-torparen (13, 14) en (25, 26) liggen via een eerste gelijkspanningsver-schuivingsschakeling 15-18 aan de ingang Vj_n, terwijl de collectors van deze ingangstransistoren gekoppeld zijn met massa respektievelijk de voedingsspanning. De bases van uitgangstransistoren 14 en 26 van de ge-25 noemde transistorparen (13, 14) en (25, 26) liggen via een tweede gelijk-spanningsverschuivingsschakeling (19-24) aan de spanningsreferentie-ingang VREE, terwijl diens collectors gemeenschappelijk aan de stroom-signaaluitgang IQut liggen. De beide gelijkspanningsverschuivings-schakelingen (15-18) en (19-24) bevatten elk een diodeketen (16, 17) en 30 (20-23) waarvan de anode aansluiting enerzijds via een stroombron 15 en 19 aan de voedingsspanning en anderzijds aan de bases van de transis-toren 13 en 14 liggen en waarvan de kathode-aansluiting via een stroombron 18 en 24 enerzijds aan massa en anderzijds aan de bases van de transistoren 25 en 26 liggen.

35 De diodeketen 16, 17 bevat een serieschakeling van een tweetal diodes 16 en 17, waarvan de gemeenschappelijke verbinding met de spanningssignaalingang V^n is gekoppeld. De diodeketen 20-23 bevat een % i» * > .··» -i " / PHN 11.543 12 serieschakeling van een viertal diodes 20 tot en met 23, waarvan de gemeenschappelijke verbinding tussen de diodes 21 en 22 gekoppeld is aan de spanningsreferentie-ingang VREE< Daardoor zijn bij een spanning aan de signaalingang Vj_n, welke gelijk is aan een referentie-spanning aan 5 de referentie-ingang VREE, de uitgangstransistoren 14 en 26 geblokkeerd en worden de stromen van de stroombronnen Ig en Ig via de collectors van de ingangstransistoren 13 en 25 naar massa respektieve-lijk de voeding afgevoerd. Bij een toename van de ingangsspanning ten opzichte van de referentiespanning, bijvoorbeeld als gevolg van een 10 positieve hoekvariatie van de ingangsdraaggolf A(t), kan de basisspanning van de ingangstransistor 13 de door de referentiespanning en de spanningen over de dioden 20 en 21 en de diode 16 bepaalde eerste drempelspanning van de stroombronschakeling (Ig, 13-24) overschrijden, waardoor de uitgangstransistor 14 gaat geleiden en de stroom van de 15 stroombron Ig als zogenaamde eerste stroom aan de stroomsignaaluitgang Iout levert. Bij een afname van de ingangsspanning ten opzichte van de referentiespanning bijvoorbeeld ten gevolge van een negatieve hoekvariatie van de ingangsdraaggolf A(t), kan de basisspanning van de ingangstransistor 25 de door de referentiespanning en de spanningen over de 20 dioden 17, 22 en 23 bepaalde tweede drempelspanning onderschrijden, waardoor de uitgangstransistor 26 gaat geleiden en de stroom van de stroombron Ig als zogenaamde tweede stroom aan de stroomsignaaluitgang Iout onttrekt. De stroomrichting aan de stroomuitgang is daardoor afhankelijk van de richting van de genoemde hoekvariatie. De grootte van 25 de beide stromen zijn onderling in een zodanige verhouding gekozen, dat daarmee de asymmetrie van het lusgedrag gecompenseerd wordt. In het gegeven voorbeeld dient daartoe de stroom van de stroombron Ig 5x zo groot gekozen te worden als die van de stroombron Ig.

Omdat in het gebied tussen de beide drempelspanningen de 30 versterkingsinrichting 5 geen stroomsignaal levert, kunnen amplitude-variaties in het foutsignaal E(t) welke bijvoorbeeld veroorzaakt worden door een incomplete compensatie in de compensatieschakeling 3,geëlimineerd worden. Hierdoor wordt de invloed van bijvoorbeeld onderlinge afwijkingen in de begrenzingsnivo's van de begrenzingsschakelingen 1 en 35 12 op de betrouwbaarheid van de demodulatiewerking sterk verminderd.

Figuur 5 toont een uitvoering van een hoekdemodulator volgens de uitvinding, welke op eenvoudige wijze toepasbaar is op conventio-

,· i .·> J

*_»·*»· Λ ? PHN 11.543 13 nele FM-kwadratuurdemodulatoren en waarvan de elementenr welke overeenkomen met die van de PLL-hoekdemodulator van figuur 1, van dezelfde referentienummers zijn voorzien.

In tegenstelling tot de hiervoor besproken PLL-hoekdemo-5 dulator wordt de met de ingangsdraaggolf frequentiegekoppelde kwadratuur-en verdere detektiedraaggolf hier niet geregenereerd met behulp van een fasegekoppelde oscillator maar afgeleid uit de ingangsdraaggolf door middel van eerste en tweede cascadegeschakelde fasedraaiers 27 en 28, welke elk een frequentie-afhankelijke fasedraaiing realiseren, welke bij 10 de centrale frequentie van de ingangsdraaggolf in hoofdzaak 90° bedraagt. Daartoe kunnen deze fasedraaiers uitgevoerd zijn als vertragings-schakelingen, met ieder een vertraging T = 1/4f0 met fQ als de centrale frequentie van de ingangsdraaggolf of uitgevoerd zijn als RC schakelingen, zoals op zichzelf voor een ander doel reeds toegepast in 15 FM-ontvangers, gebaseerd op de geïntegreerde schakeling TDA 7000. In de getoonde uitvoering is de eerste fasedraaier 27 enerzijds gekoppeld aan de begrenzings-schakeling 1 en anderzijds aan de tweede fasedraaier 28 en via de ingang 31 van de fasedetectie-inrichting 2 aan de vermenig-vuldigschakeling 4. Een uitgang van de tweede fasedraaier 28 is via een 20 begrenzingsschakeling 29 en via de ingang 32 van de fasedetectie-inrichting 2 gekoppeld aan de compensatie-schakeling 3, welke in dit geval, vanwege de tegenfase-relatie van de detectiedraaggolf B ten opzichte van de ingangsdraaggolf A bij de centrale frequentie, gevormd wordt door een optelschakeling.

25 Voor de demodulatiewerking geldt hetzelfde als het hier voor beschrevene met betrekking tot figuur 2 uiteraard met dien verstande dat het uitgangssignaal van de fasedetektie-inrichting hier niet gekarakteriseerd kan worden als foutsignaal maar als signaal dat na een geschikte filtering in het laagdoorlaatfilter 6 in het gewenste basis-30 bandmodulatie-signaal resulteert. Door het ontbreken van een luswerking toont deze hoekdemodulator geen demodulatie-asymmetrie ten aanzien van de richting van de fasevariaties.

In fasedetectie-inrichting 2 van de figuren 1 en 5 wordt de ingangsdraaggolf A eerst met de infase of tegenfase-detectiedraaggolf 35 B gecompenseerd, en het aldus gecompenseerde signaal E wordt vervolgens vermenigvuldigd met de kwadratuurdetectiedraaggolf D. Het is, onder-gebruikmaking van een tweede vermenigvuldiger, ook mogelijk de ingangsei ·: · ·

vi Vf -J

PHN 11.543 14 draaggolf A en de verdere detectiedraaggolf B eerst ieder afzonderlijk met de kwadratuurdetectiedraaggolf D te vermenigvuldigen en vervolgens de uitgangssignalen van de beide vermenigvuldigers aan een compensatie-schakeling toe te voeren. Dit is in figuur 6 nader weergegeven, waarin 5 overeenkomstige elementen als in figuur 1 en figuur 5 met dezelfde referentienummers zijn weergegeven. De draaggolven A en D worden in een eerste vermenigvuldiger 34 met elkaar vermenigvuldigd, de draaggolven B en D worden in een tweede vermenigvuldiger 35 met elkaar vermenigvuldigd, de uitgangssignalen van de beide vermenigvuldigers worden aan een 10 compensatieschakeling 36 toegevoerd, die aan de uitgang 33 het gedetecteerde maar nog niet gefilterde signaal E levert. In geval de draaggolf B bij de centrale frequentie in fase met de draaggolf A, is de compensatieschakeling een aftrekschakeling, in het tegenfase geval een optel-schakeling.

15 Opgemerkt zij dat in principe toepassing van de uit vinding niet beperkt is tot in amplitude begrensde draaggolven maar ook bij gebruik van sinusvormige draaggolven tot een reduktie in de tweede harmonische storing aanleiding kan geven. Bij een geschikte schakelings-dimensionering is het bovendien ook mogelijk de begrenzingsschakelingen 20 1, 12 en 29 achterwege te laten. Verder zal het voor een vakman niet moeilijk zijn de uitvindingsgedachte toe te passen, met een andere uitvoering van het laagdoorlaatfilter 6 dan getoond in figuur 1, een andere uitvoering van de asymmetrische versterkingsinrichting 5 dan getoond in figuur 4 bijvoorbeeld een niet-gedrempelde versterkingsinrichting, welke 25 bij een aanpassing van de regelkarakteristiek van de spanningsgestuurde oscillator 9 een stroom levert bij een negatieve hoekvariatie van de in-gangsdraaggolf A(t) en een stroom onttrekt aan de stroomsignaaluitgang Ι0ϋ£ bij een positieve hoekvariatie en is het duidelijk dat de uitvinding ook bij geringe constante afwijkingen van de genoemde 0°/90° 30 of 90°/180° faserelatie tussen de genoemde draaggolven het beoogde effekt sorteert.

Verder zij opgemerkt, dat het weliswaar op zichzelf voor de hand ligt om als centrale frequentie de frequentie gelegen in het midden van het frequentiespektrum van de hoekgemoduleerde ingangsdraag-35 golf te kiezen, zoals bijvoorbeeld bij audio modulatiesignalen, maar dat onder bepaalde omstandigheden het wenselijk kan zijn een andere frequentie binnen dit spektrum als centrale frequentie te kiezen, bijvoorbeeld — > N. Λ * V- - . —' I J J / PHN 11.543 15 bij video-modulatiesignalen de frequentie overeenkomend met het zwart-nivo van het betreffende videosignaal.

Π -1 7

Claims

1. Hoekdemodulator bevattende een fasedetectie-inrichting met een eerste ingang voor het toevoeren van een te demoduleren ingangs-draaggolf, een tweede ingang en een uitgang, verder bevattende een draaggolfinrichting voor het aan de tweede ingang van de fasedetectie-5 inrichting leveren van een kwadratuurdetectiedraaggolf die op een centrale frequentie van de ingangsdraaggolf althans nagenoeg 90° in fase verschoven is ten opzichte van de ingangsdraaggolf en een op de uitgang van de fasedetectie-inrichting aangesloten laagdoorlaatfilter met het kenmerk, dat de draaggolf inrichting tevens is ingericht voor 10 het leveren van een verdere detectiedraaggolf die op de centrale frequentie van de ingangsdraaggolf althans nagenoeg in fase of in tegen-fase is met de ingangsdraaggolf, dat de fasedetectie-inrichting een derde ingang bevat voor het toevoeren van de verdere detectiedraaggolf en dat de fasedetectie-inrichting is ingericht voor het aan diens uit-15 gang leveren van een signaal dat in hoofdzaak overeenkomt met (A-B).D, waarin A de ingangsdraaggolf, D de kwadratuurdetectiedraaggolf en B de in fase verdere detectiedraaggolf voorstelt.

2. Hoekdemodulator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fasedetectie-inrichting een compensatieschakeling bevat voor het bij 20 de genoemde centrale frequentie althans gedeeltelijk compenseren van de ingangsdraaggolf met behulp van de verdere detectiedraaggolf en een ver-menigvuldigschakeling.voor het vermenigvuldigen van de gecompenseerde draaggolf met de kwadratuurdetectiedraaggolf.

3. Hoekdemodulator volgens conclusie 1, met het kenmerk dat 25 de draaggolfinrichting een cascadeschakeling van eerste en tweede fase-draaiers van de ingangsdraaggolf bevat welke elk een frequentie-afhanke-lijke fasedraaiing realiseren welke bij de centrale frequentie van de ingangsdraaggolf nagenoeg 90° bedraagt en dat de uitgang van de eerste fasedraaier met de tweede ingang van de fasedetectie-inrichting en de 30 uitgang van de tweede fasedraaier met de derde ingang van de fasedetectie-inrichting gekoppeld is.

4. Hoekdemodulator volgens conclusie 1, waarbij de draaggolfinrichting een spanningsgestuurde oscillator bevat, die tezamen met de fasedetectie-inrichting en het laagdoorlaatfilter in een fasegesleutelde 35 lus is opgenomen waarbij een uitgang van de oscillator voor het leveren van de kwadratuurdetectiedraaggolf met de tweede ingang van de fasedetectie-inrichting is gekoppeld, met het kenmerk, dat de oscillator ΡΗΝ 11.543 17 Ί·· " '* tevens is voorzien van een uitgang voor het leveren van de verdere detectiedraaggolf die met de derde ingang van de fasedetectie-inrichting is gekoppeld.

5. Hoekdemodulator volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat 5 tussen de uitgang van de fasedetectie-inrichting en de spanningsge- stuurde oscillator een versterkingsinrichting is geschakeld met een rich-tingsafhankelijke versterking, welke het regelsignaal voor de spannings-gestuurde oscillator bij een negatief faseverschil tussen de ingangs-draaggolf en de verdere detectiedraaggolf meer versterkt dan bij een 10 positief faseverschil daartussen.

6. Hoekdemodulator volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de versterkingsinrichting is geschakeld tussen de uitgang van de ver-menigvuldigschakeling en het laagdoorlaatfilter en eerste en tweede spanningsgestuurde gedrempelde stroomschakeling bevat aan welke beide 15 stroomschakeling de uitgangsspanning van de vermenigvuldigschakeling is, toegevoerd, welke in grootte en richting-varieert met het genoemde faseverschil, welke eerste stroomschakeling bij overschrijding van een eerste drempelspanning een eerste stroom aan het laagdoorlaatfilter en welke tweede stroom bij onderschrijding van een tweede drempelspanning 20 een tweede stroom aan het laagdoorlaatfilter levert, welke beide onderling in grootte en richting van elkaar afwijken.

7. Hoekdemodulator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat zowel de ingangsdraaggolf als de verdere detectiedraaggolf via een amplitude begrenzingsschakeling aan de fase- 25 detectie-inrichting wordt toegevoerd.