NO173039B - Linearitetsregulerende krets - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en linearitetsregulerende krets for å regulere, eller vanligvis korrigere, variasjons-takten av amplituden av et utgangssignal i samsvar med amplituden av et inngangssignal som utgangssignalet er avledet fra. I de fleste anvendelser skal utgangssignalets amplitude nominelt være proporsjonal med inngangssignalets amplitude. Oppfinnelsen er særlig effektiv i for eksempel en høyfrekvent for-forvrengningskrets for signaler som skal forsterkes i kraftforsterkere, slik som klystroner som benyttes i fjernsynsoverføring. Klystroner innfører, slik som mange andre kraftforsterkere og lignende anordninger, signalforvrengning, og en linearitetskorrigerende krets er påkrevet for å sikre et lineært amplitudeforhold mellom det modulerte og kraftforsterkede transmisjonssignals modulasjonskurve og det videoinngangssignal som ble benyttet i den innledende modulasjonsprosessen.

For å oppnå linearitetskorreksjon innføres det i noen eksisterende transmisjonskjeder for fargefjernsyn, en passende for-forvrengning i mellomfrekvenssignalet før det bølgebåndsavhengige radiofrekvenstrinn. For å oppnå den riktige grad av for-forvrengning over hele amplitudeområdet, innstilles variable impedanser eller lignende komponenter i for-forvrengningskretsen manuelt inntil det overførte signals modulasjonskurve har fått et tilstrekkelig lineært forhold til modulasjonskurven for det modulerte inngangssignal, over hele dens amplitudeområde. Da transmisjonskjedens karakteri-stikk varierer med blant annet matespenningsnivå og omgiv-elsestemperatur, er det funnet at omregulering av kretselementene svært ofte er nødvendig. Hvis ulineariteten forekommer bare over et smalt amplitudebånd, er det oppdaget at regulering av bare ett kretselement kan være tilstrekkelig for å korrigere akkurat denne ulinearitet, men at det da innføres ulinearitet på andre amplitudenivåer. Som et resultat av dette er det nødvendig å regulere mer enn ett av kretselementene, selv for en liten korreksjon. Videre vil det på grunn av den gjensidige avhengighet mellom krets-elementenes innstillinger, ofte være nødvendig med mer enn en regulering for å kompensere for hver forandring i kraftfor-sterkerkarakteristikken. Vesentlig ekspertise og erfaring er da nødvendig for å bedømme graden av regulering som behøves.

Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er å frembringe en linearitetsreguierende krets som kan styres automatisk, dvs. uten behov for manuell regulering. En slik krets kan da benyttes i en transmisjonskjede for under stryring fra en mikroprosessor å reagere på automatisk og periodisk overvåkning av overførte signaler som skriver seg fra prøvesignaler. Forholdet ble da vurdert slik at med eksisterende maskinvare ville det være nødvendig med en vesentlig databehandlings-kapasitet for enhver programvareløsning på problemet, og at forandringer i maskinvaren kunne gjøre programvareløsningen mye enklere.

Oppfinnelsen gjelder således en linearitetsreguierende krets innrettet for å justere graden av amplitudeforandring av et utgangssignal med amplitudeforandringen av et inngangssignal som utgangssignalet er utledet fra, idet kretsen for hvert av flere innbyrdes avgrensede bånd av inngangssignalamplituder innenfor kretsens totale amplitudeområde omfatter anordninger for selektivt å tilføre utgangssignalet en differensialspenning innenfor vedkommende amplitudebånd og utstyr for å forsterke inngangssignalet for derved å utlede utgangssignalet, hvor nevnte anordninger for tilførsel av differensialspenning er koblet til forsterkningsutstyret for å frembringe justering av utstyrets forsterkning som funksjon av inngangssignalets amplitude, samt en styreanordning koblet til nevnte anordninger for å velge ut de amplitudebånd hvor sådan differensialspenning skal tilføres, og fastlegge differensialspenningens størrelse, med det formål å oppnå en forut bestemt linearitetsvariasjon over hele kretsens amplitudeområde .

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk fra US-patent nr. 3 277 318 har så den linearitetsreguierende krets i henhold til foreliggende oppfinnelse som særtrekk nevnte anordninger for tilførsel av differensialspenning omfatter flere innstillbare, konstantstrømkilder som hver er anordnet for å tilføre forsterkningsutstyret en differensialstrøm innenfor et tilordnet forutbestemt bånd av nevnte innbyrdes avgrensede amplitudebånd for inngangssignalet, således at graden av utgangssignalets amplitudeforandring med inngangssignalets amplitudeforandring bare forandres i vedkommende tilordnede amplitudebånd.

Oppfinnelsen muliggjør derved regulering av forsterkningen for et hvilket som helst av en transmisjonskjedes amplitudebånd, uavhengig av de øvrige amplitudebånd, slik at en endring av forsterkningen i vedkommende amplitudebånd ikke i seg selv innfører en endring av forsterkningen i andre amplitudebånd, noe som ville fordre korreksjon også for disse. Denne uavhengige behandling av de forskjellige amplitudebånd tillater at styreanordningen kan automatiseres på en mye enklere måte, og den kan for eksempel omfatte en mikroprosessor som regulatorenhet.

Oppfinnelsen gjelder også en transmisjonskjede som omfatter en linearitetsreguierende krets slik som beskrevet ovenfor.

I henhold til dette aspekt av oppfinnelsen har transmisjonskjeden som særtrekk at den videre omfatter en detektoranordning for å bestemme amplituden av et signal som utsendes fra kjeden samt en styreanordning som er innrettet for å reagere på et signal fra nevnte detektoranordning med å innstille nevnte differensialspenningers størrelse slik at det innføres en passende forhåndsforvrengning for å korrigere for linearitetsfeil i transmisjonskjeden.

I drift overfører for eksempel operative fargefjernsyns-sendere et innskutt prøvesignal i hvert bilde, og som er modulert med en modulasjonskurve i form av et trappesignal. Ved å utnytte et slikt prøvesignal vil detektoranordningen demodulere og så differensiere trappesignalet for derved å frembringe en rekke smale pulser med nominelt samme høyde. Pulshøydene sammenlignes med en verdi som fastlegges på forhånd og som representerer den pulshøyde som bør foreligge ved korrekt linearitet i vedkommende amplitudebånd. Som en reaksjon på denne sammenligning vil da styreanordningen fastsette de differensialspenningsverdier som er nødvendig for å korrigere hvert av amplitudebåndene. Den linearitetsreguierende krets kompenserer således for den påviste ulinearitet ved å innføre en passende for-forvrengning. Sådanne korreksjoner kan utføres regelmessig og ofte, slik at transmisjonskjeden er i stand til å reagere raskt på forandringer i senderens arbeidskarakteristikk, og som kan forårsakes av variasjoner i matespenning eller temperatur.

To utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler, og under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: fig. 1 viser et koblingsskjema for en linearitetskor rigerende krets i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser amplitudemodulasjonskurven for et prøvetrappe-signal i en fjernsynsoverføring,

fig. 3 viser den tidsderiverte for en del av det demodulerte

signal i fig. 2,

fig. 4 er en kurve som angir utgangsamplituden som funksjon

av inngangsamplituden for kretsen i fig. 1, og

fig. 5 er et koblingsskjerna for en videreutviklet linearitetskorrigerende krets i henhold til oppfinnelsen.

Den linearitetskorrigerende krets vist i fig. 1 utgjør en del av et mellomfrekvenskorreksjonsledd i en transmisjonskjede for fargefjernsyn. I dette eksempel benyttes et fargevideo-signal til å amplitudemodulere et 38,9 MHz bæresignal. Det amplitudemodulerte signal filtreres i et restsidebåndfilter og for-forvrenges så i mellomfrekvenskorreksjonsleddet for å kompensere for de forvrengninger som forventes å forekomme i senere ledd i transmisjonskjeden. Det korrigerte signal blandes så med en bærebølge fra en hetrodynoscillator for å frembringe et radiofrekvenssignal som forsterkes og derpå avgis til en kraftforsterker, for eksempel en klystron, før det sendes fra en antenne med en effekt av f.eks. 40 kW. Siden korreksjonsleddet arbeider ved en mellomfrekvens, forblir leddet bånd- og kanaluavhengig, og som en følge av dette kan de samme korreksjonskretser utnyttes for mange forskjellige oppgaver. Mellomfrekvenskorreksjonsleddet omfatter således kretser som kompenserer for differensiell faseforvrengning og forsterkningsforvrengning, og som for eksempel er beskrevet i UK-patent nr. 2 153 173 og US-patent nr. 4 604 5 89, men som ikke vil bli vist eller beskrevet her.

Det henvises til fig. 1 hvor et videomellomfrekvenssignal med amplitude Vj_nn utgjør inngangs signalet til den linearitetsreguierende krets og er gjenstand for en for-forvrengning tilsvarende den nødvendige linearitetskorreksjon, og hvor utgangssignalet Vut fra den linearitetsreguierende krets avgis til andre korreksjonskretser i mellomfrekvenskorreksjonsleddet.

Inngangs spenningen Vj_nn tilføres basis for en transistor TR^ som med sin kollektor er tilkoblet en matespenning av +12 V via en transformator T, hvis andre vikling frembringer utgangssignalet Vut. Transistorens emitter er tilkoblet en matespenning av -12 V via en induktans LI og en motstand RI for likestrømsforspenning samt til jord gjennom en blokke-ringskondensator Cl og en forsterkningsstyrende motstand Rg.

Mellom emitteren for transistoren TR^ og matespenningen på -12 V er det frembragt flere, og i det viste tilfelle, fem alternative parallelle strømbaner ved hjlep av en rekke 11 strømkilder - I5 styrt av en rekke 10 dioder. Strøm-kildene I2, I3, I4, I5 er gjennom hver sin tilhørende diode Dll, D21, D31, D41, D51 tilkoblet innbyrdes forskjellig matespenning VI, V2, V3, V4, V5 samtidig som de også er tilkoblet transistorens TR^ emitter via hver sin tilhørende diode Dl, D2, D3, D4, D5 med motsatt polaritet i forhold til de førstnevnte dioder. Matespenningene VI - V5 danner en rekke av regelmessig økende nivåer valgt i samsvar med nivåene for trappetrinnene i et tilført prøvesignal (beskrevet nedenfor), og er i dette eksempel henholdsvis 7,1 V, 8,1 V, 9,1 V, 10,1 V og 11,1 V, mens senternivået V0 er lik 6,0 V.

Strømkilden trekker strøm gjennom dioden Dll når transistorens emitterspenning er lavere enn VI, men gjennom dioden Dl når emitterspenningen er høyere enn VI. De andre strøm-kildene I2 - I5 virker på en lignende måte, således at når emitterspenningen overstiger V5 vil alle fem strømkilder trekke strøm fra transistorens emitter. Strømmen i^_ (i2, i3» <1>4, 15) fra den tilhørende strømkilde (I2, I3» I4» I5) legges til transistorens kollektorstrøm Ic, som videre bestemmer amplituden av utgangssignalet Vut. På denne måte innføres for-forvrengning i bestemte trinn over fem amplitudebånd. Enten for hånd eller fortrinnsvis ved hjelp av mikroprosessorstyring kan alle strømkildene II - 15 varieres uavhengig av hverandre som reaksjon på varierende amplitude-karakteristikk for transmisjonssignalet fra kraftforsterkeren og derved frembringe de riktige for-forvrengnings-nivåer for å utligne forvrengningen i kraftforsterkeren.

Fargefjernsynssendinger omfatter vanligvis et innlagt prøvesignal (som nevnt ovenfor) som omfatter en synkroni-seringspuls fulgt av et trappesignal, med ett trinn i hvert felt av det utsendte signal, slik som vist i fig. 2. Trappesignalet har seks amplitudenivåer som er innbyrdes forbundet over nesten vertikalt hellende kurvepartier, henholdsvis S]_, S2, S3, S4 og S5, og midtpunktet av disse har potensialene V^, V2, V3, V4 og V5. Disse kurvepartier har samme nominelle helning og høyde. Hjelpebærebølgene for fargene er ikke vist. Denne prøvesignalutsendelse benyttes for å overvåke transmisjonskjedens linearitet ved å iaktta kraftforster-kerens virkning på prøvesignalets flanker S^ - S5, som varierer proporsjonalt med forandringen av utgangsamplitudens variasjon med inngangsamplituden, hvilket vil si at de representerer graden av ulinearitet for vedkommende amplitudebånd. Denne overvåkning utføres vanligvis ved tilbake-kobling av transmisjonssignalet, enten fra kraftforsterker-utgangen eller fra en fjernsynsmottaker, til en styrekrets som demodulerer og så differensierer trappepartiet av prøvesignalet med hensyn på tid, hvilket gir et resultat som er vist i fig. 3. Toppene - P5 i fig. 3 tilsvarer hver sin av flankene S^ - S5 og har nominelt den samme høyde H. Forvrengning i kraftforsterkeren gir seg til kjenne ved et avvik fra den forventede høyde H for en eller flere av disse topper. I fig. 3 er toppene P3, P4 og P5 litt lavere enn det forventede nivå H, hvilket angir at det er nødvendig med en for-forvrengning i transmisjonskjedens linearitets-korreksj onskrets.

Linearitetskorreksjonskretsen i fig. 1 er i stand til å korrigere for ulinearitet over et hvilket som helst av de fem spenningsbånd sentrert om V^, V2 osv., uavhengig av de andre spenningsbånd, ved å variere den tilhørende strømkilde uavhengig av de øvrige strømkilder i strømkildegruppen 11. Først påviser kretsen nivåene for trinnene i trappesignalet, beregner så trappeflankenes midtnivå - V5 og innstiller derpå matespenningen for diodegruppen 10 tilsvarende. For å korrigere lineariteten over det spenningsområde som er sentrert om for eksempel V3, sammenlignes toppen P3 med det nominelle nivå H, og strømkilden I3 reguleres så i samsvar med denne forskjell i en slik retning at forskjellen blir så liten som mulig. I dette eksempel er toppen P3 for lav, og strømmen i3 fra strømkilden I3 økes da tilsvarende. Deretter overvåkes påfølgende prøvesignaler og hele prosessen gjentas. Mulig gjenværende feil i høyden av toppen P3 korrigeres med en ytterligere forandring i strømmen fra strømkilden I3.

Virkningen på utgangsamplituden Vut av en slik korreksjon over det forventede område av inngangsamplituden Vj_nn er vist skjematisk i fig. 4. I eksempelet vist i fig. 4 antas det at transmisjonskjeden har perfekt linearitet for de fleste inngangsspenninger, slik som kurvepartiene og C3 antyder. Ved å øke uttaket fra strømkilden I3 økes imidlertid stigningen av kurvepartiet C2 nær inngangsspenningen V3, for å innføre en passende for-forvrengning. Det vil forstås at bredden Vw av det bånd som stigningen C2 forandres over, ikke nødvendigvis behøver å være lik forskjellen mellom trappe-signalets trinn omkring spenningen V3 så lengde middelverdien av spenningsvariasjonstakten forandres med en passende verdi over vedkommende bånd. Verdien av Vw vil avhenge av spenningsfallet i lederetningen i diodene D3 og D31. Kurvens nominelle helning C^ fastlegges av motstanden Rg. Den økning Vj_ av utgangs spenningen som forårsakes av reguleringen fastlegges av strømmen 13 og den effektive vekselstrøms-belastning som sees av kollektoren for transistoren TR^, og som bestemmes av belastningen på transformatoren og dens vindings forhold.

I eksisterende linearitetskorrigerende kretser som ikke utnytter strømkilder for de enkelte spenningsbånd varierer også stigningen for de høyere spenningsbånd i fig. 4 som følge av den utførte regulering av båndet sentrert om V3, og kurvepartiet C3 vil i stedet se ut som det stiplede linje-parti C3<*.> Dette vil da nødvendiggjøre tilsvarende korrige-ringer for inngangsspenningene sentrert om V4 og høyere spenningsavsnitt.

Den andre og foretrukne utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til fig. 5. Den linearitetskorrigerende krets som er vist i fig. 5 omfatter to kretser av samme art som dem vist i fig. 1, og tilsvarende deler er forsynt med samme henvisningsbetegnelser.

Transistoren TR^, diodegruppen 10, strømkilderekken 11, motstanden Rg, motstanden RI og induktansen LI er de samme komponenter som tilsvarende komponenter i kretsen vist i fig. 1. Parallelt med denne første krets er det koblet en likedan, andre krets, som omfatter en transistor TR2, en diodegruppe 101, en strømkilderekke 111, en forspennings-motstand R'g, en motstand R'1 og en induktans L'l. Kollek-torene for de to transistorer er sammenkoblet over utgangs-transformatoren T, som på et sentralt punkt er tilkoblet +12 V matespenning. I en omkoblingsstyring 12 omkobles strømkildene hver for seg slik at den tilsvarende strømkilde enten i rekke 11 eller i rekke 111, men ikke i begge rekker, kobles til -12 V-nivået, for hver av de fem amplitudebånd.

En detektor 200 mottar et utgangssignal fra kraftforsterkeren og bearbeider signalet for å fastslå den amplitudemodulasjon som skriver seg fra prøvesignalets trinnhøyde. Denne amplitudemodulasjon mates så til en styreprosessor 300 som differensierer trinnhøydemodulasjonen for å utlede høyden av toppene P12~<p>56 (fi9- 3), og for å fastslå hvilke forandringer som behøves i en eller flere av strømmene som innføres fra strømkildene.

I dette tilfelle utgjøres strømkildene av motstander med høy motstandsverdi av ca. 18 k£2, som er tilkoblet variable spenningskilder, men kan alternativt være aktive konstant-strømkretser i seriekobling med elektriske drosselspoler. Den viste omkoblingsstyring 12 tjener til skjematisk å representere omkoblerfunksjonen, mens omkoblerne i praksis vil være integrert i strømkilderekkene 11 og 111. Diodene bør være hurtigvirkende og ha lavt spenningsfall i lederetningen, og er i dette tilfelle av en type med varme ladnings-bærere, men kan alternativt utgjøres av silisiumdioder.

De to transistorer TR^ og TR2 drives slik at utgangsspen-ningen Vu^ avhenger av forskjellen mellom deres kollektor-spenninger, ved subtraksjon i transformatoren T. Dette gjør det mulig å utføre både positive og negative forandringer i en overføringskurves helning. Kretsen i fig. 1 er ikke alene i stand til å redusere kurvehelningen, dvs. redusere utgangs-spenningens variasjon med inngangsspenningen. Som før fastsettes forandringens størrelse ved å regulere den tilsvarende strømkilde ved hjelp av et signal fra styreprosessoren 300. Forandringens retning fastsettes ved å tilkoble vedkommende strømkilde enten i gruppe 11 eller i gruppe 111, og utføres ved å utnytte styresignalene som sendes fra styreprosessoren 300 til omkoblingsstyringen 12.

En annen fordel ved kretsen i fig. 5 sammenlignet med den i fig. 1, er at virkningen av spredekapasitans ved transistor-enes emitter reduseres på grunn av måten de to transistorer er koblet i motfase. I kretsen vist i fig. 1 minsker derimot spredekapasitansen uavhengigheten mellom de forskjellige strømkilders regulering. Spredekapasitansen kan dessuten reduseres ytterligere ved å integrere hele den linearitetskorrigerende krets på en kretsbrikke.

De linearitetskorrigerende kretser vist i fig. 1 og 5 fordrer ikke at inngangssignalets basisbåndkomponent blir skilt ut, slik det er tilfellet for mange sådanne eksisterende kretser, men mottar i stedet mellomfrekvenskomponenten og reagerer på dens amplitudemodulasjonskurve. Imidlertid er kretsene for utøvelse av oppfinnelsen likevel i stand til å virke for inngangssignaler med lavere signalfrekvens, for eksempel med videofrekvens, eller til og med ned til likestrøm (forutsatt at en motstand settes inn i stedet for transformatoren T).

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet ut fra et bruksområde for fjernsynsoverføring, har den også mange andre bruks-områder. Oppfinnelsen kan således benyttes for linearitetskorreksjon for et hvilket som helst system hvor utgangssignalet skal være nominelt proporsjonalt med inngangssignalet over et område av inngangssignalamplituden, og er ikke begrenset til amplitudemodulerte bæresignaler. Oppfinnelsen kan for eksempel benyttes ved likestrømsforsterkning hvor spenningen av et likestrømssignal på utgangssiden skal være nominelt proporsjonalt med den for et likestrømsinngangs-signal.

Selv om oppfinnelsen er vist i form av en linearitetskorrigerende krets, kan den også utnyttes i en prøvekrets som med hensikt innfører linearitetsforvrengning i et signal, for eksempel for å simulere en spesiell kraftforsterker. Det er dessuten også mulig å utnytte oppfinnelsens prinsipp i kretser hvor utgangsamplituden ikke nødvendigvis skal være nominelt proporsjonal med inngangsamplituden, for eksempel i kretser for å syntetisere en hvilken som helst ønskelig amplitudeforsterkningsprofil.

Claims (5)

1. Linearitetsreguierende krets innrettet for å justere graden av amplitudeforandring av et utgangssignal med amplitudeforandringen av et inngangssignal som utgangssignalet er utledet fra, idet kretsen for hvert av flere innbyrdes avgrensede bånd av inngangssignalamplituder

innenfor kretsens totale amplitudeområde omfatter anordninger (10, 11) for selektivt å tilføre utgangssignalet en differensialspenning innenfor vedkommende amplitudebånd og utstyr for å forsterke inngangssignalet for derved å utlede utgangssignalet, hvor nevnte anordninger for tilførsel av differensialspenning er koblet til forsterkningsutstyret for å frembringe justering av utstyrets forsterkning som funksjon av inngangssignalets amplitude, samt en styreanordning (300) koblet til nevnte anordninger (10, 11) for å velge ut de amplitudebånd hvor sådan differensialspenning skal tilføres, og fastlegge differensialspenningens størrelse, med det formål å oppnå en forut bestemt linearitetsvariasjon over hele kretsens amplitudeområde,karakterisert ved at nevnte anordninger (10, 11) for tilførsel av differensialspenning omfatter flere innstillbare, konstantstrømkilder (I]_, I2, ...) som hver er anordnet for å tilføre forsterkningsutstyret en differensial-strøm (ij_, i2, ...) innenfor et tilordnet forutbestemt bånd av nevnte innbyrdes avgrensede amplitudebånd for inngangssignalet (Vj_nn) , således at graden av utgangssignalets amplitudeforandring med inngangssignalets amplitudeforandring bare forandres i vedkommende tilordnede amplitudebånd.

2. Krets som angitt i krav 1,karakterisert ved at den er innrettet for å avgi utgangssignal med amplitude som nominelt er proporsjonal med inngangssignalets amplitude.

3. Krets som angitt i krav 1 eller 2, og hvor inngangssignalet omfatter en amplitudemodulert bærebølge, karakterisert ved at forsterkningsutstyret er innrettet slik at dets forsterkningsgrad bestemmes av moduleringsbølgens amplitude.

4. Krets som angitt i krav 1, 2 eller 3,karakterisert ved at nevnte innstillbare, konstantstrømkilder (llf l2, ...) er tilkoblet forsterkningsutstyret over hver sin diode. (Dl, D2, ...) som videre er tilkoblet hver sin spenningskilde (V]_, V2, ...) med et potensial som gjør at vedkommende diode forspennes og bare kan bringes til ledetilstand når inngangssignalet har nådd en tilsvarende forutbestemt amplitude.

5. Transmisjonskjede som omfatter en linearitetsreguierende krets i henhold til et av de forutgående krav, karakterisert ved at transmisjonskjeden videre omfatter en detektoranordning (200) for å bestemme amplituden av et signal som utsendes fra kjeden samt en styreanordning (300) som er innrettet for å reagere på et signal fra nevnte detektoranordning med å innstille nevnte differensialspenningers størrelse slik at det innføres en passende forhåndsforvrengning for å korrigere for linearitetsfeil i transmisjonskjeden.