RU2127018C1

RU2127018C1 - Synchronous detector incorporating noise rejection provision

Info

Publication number: RU2127018C1
Application number: RU95119979A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Волошин; Ю.И. Гришкин; В.И. Чугаева
Original assignee: Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: radio communications, phase telegraphy receivers, phase-locked systems, etc. SUBSTANCE: detector has series-connected intermediate-frequency filter, first multiplier, first low-frequency filter, and first subtracter whose output functions as detector output. Low-frequency filter output is also connected to inputs of second and third multipliers. Outputs of subtracters are connected through respective low-frequency filters to inputs of second subtracter whose output is connected through 90- deg. phase shifter to second input of first subtracter. Output of reference-signal shaper is connected to second input of first multiplier, through (+φ) phase shifter, to second input of second multiplier, and through (-φ) phase shifter, to second input of third multiplier. EFFECT: improved narrow-band noise immunity. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в приемных устройствах фазовой телеграфии, в системах фазовой автоподстройки частоты, а также для приема сигналов однополосной модуляции, амплитудной модуляции с частично или полностью подавленной несущей частотой. The invention relates to the field of radio communications and can find application in phase telegraphy receiving devices, in phase locked loop systems, as well as for receiving signals of single-band modulation, amplitude modulation with partially or completely suppressed carrier frequency.

Известен синхронный детектор, содержащий последовательно соединенные фильтр промежуточной частоты, перемножитель, на второй вход которого подается опорный сигнал, а также фильтр нижних частот, который описан в монографии Немировского М.С. "Помехоустойчивость радиосвязи", Москва, Энергия, 1966 г., стр. 65. Known synchronous detector containing a series-connected filter of intermediate frequency, a multiplier, the second input of which is supplied with a reference signal, as well as a low-pass filter, which is described in the monograph Nemirovsky MS “Radio Immunity”, Moscow, Energy, 1966, p. 65.

Известен также балансный синхронный детектор, описанный также в монографии Немировского М.С. на стр. 66, содержащий синхронный и квадратурный каналы, и в котором обеспечивается равенство нулю выходного тока. Also known is a balanced synchronous detector, also described in the monograph by Nemirovsky M.S. on page 66, which contains synchronous and quadrature channels, and in which the output current is zero.

Недостатком этих устройств является их низкая помехоустойчивость. The disadvantage of these devices is their low noise immunity.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является синхронный детектор, описанный в монографии М.С. Немировского "Помехоустойчивость радиосвязи", М. , Энергия, 1966 г., стр. 65, рис. 4.1, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено: 1 - фильтр промежуточных частот (ФПЧ), 2 - перемножитель, 3 - фильтр нижних частот (ФНЧ), 4 - формирователь опорного сигнала. Closest to the proposed technical essence is the synchronous detector described in the monograph by M.S. Nemirovsky "Interference immunity of radio communications", M., Energy, 1966, p. 65, fig. 4.1, a block diagram of which is shown in FIG. 1, where it is indicated: 1 - an intermediate frequency filter (FPF), 2 - a multiplier, 3 - a low-pass filter (LPF), 4 - a driver of the reference signal.

Устройство содержит последовательно соединенные ФПЧ 1, перемножитель 2, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорного сигнала 4, фильтр нижних частот 3,
Такое устройство имеет низкую помехоустойчивость к узкополосным помехам.The device contains a series-connected PLL 1, a multiplier 2, the second input of which is connected to the output of the driver of the reference signal 4, a low-pass filter 3,
Such a device has a low noise immunity to narrowband interference.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные ФПЧ, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом формирователя опорного сигнала, первый ФНЧ, введены второй и третий перемножители, входы которых объединены и соединены с выходом ФПЧ, второй и третий ФНЧ, входы которых соответственно соединены со вторым и третьим перемножителями, выходы второго и третьего ФНЧ соединены со входами второго вычитателя, выход которого через фазовращатель на 90^o соединен со входом первого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого ФНЧ, выход первого вычитателя является выходом устройства, кроме того, выход формирователя опорного сигнала соединен через фазовращатель на +φ вторым входом второго перемножителя, а через фазовращатель на -φ со вторым входом третьего перемножителя.To eliminate this drawback, a first multiplier, the second input of which is connected to the output of the driver of the reference signal, the first low-pass filter, the second and third multipliers, the inputs of which are combined and connected to the output of the low-pass filter, the second and third low-pass filters, the inputs of which respectively connected to second and third multipliers, the outputs of the second and third low-pass filter connected to the inputs of the second subtractor, the output of which through the phase shifter 90 ^o connected to the input of the first subtractor, the second input connected to the output of the first LPF output of the first subtractor is an output device, in addition, the output of the reference signal generator is connected via a phase shifter + φ second input of the second multiplier and via a phase shifter on -φ to the second input of the third multiplier.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 2, где обозначено: 1 - фильтр промежуточных частот, 2, 5, 6 - первый, второй, третий перемножители, 7 - фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы на +φ, 8 - фазовращатель, обеспечивающий поворот фазы на -φ, 9, 11 - вычитатели, 10 - фазовращатель на 90^o, 3, 12, 13 - фильтры нижних частот.The block diagram of the proposed device is presented in FIG. 2, where it is indicated: 1 - intermediate frequency filter, 2, 5, 6 - first, second, third multipliers, 7 - phase shifter, providing phase rotation by + φ, 8 - phase shifter, providing phase rotation by -φ, 9, 11 - subtracters, 10 - phase shifter 90 ^o , 3, 12, 13 - low-pass filters.

Устройство содержит ФПЧ 1, выход которого соединен со входами первого 2, второго 5 и третьего 6 перемножителей. Выход первого перемножителя 2 через первый ФНЧ 3 соединен со входом первого вычитателя 11. Выход второго перемножителя 5 через второй ФНЧ 12 соединен с первым входом второго вычитателя 9, со вторым входом которого через третий ФНЧ 13 соединен с выходом третьего перемножителя 6. Выход второго вычитателя 9 через фазовращатель на 90^o соединен со вторым входом первого вычитателя 11, выход которого является выходом устройства. Вторые входы перемножителей соединены с выходом формирователя опорного сигнала 4, причем первый перемножитель 2 соединен непосредственно, второй перемножитель 5 через фазовращатель +φ 7, третий перемножитель 6 через фазовращатель на -φ 8.The device contains a phase converter 1, the output of which is connected to the inputs of the first 2, second 5 and third 6 multipliers. The output of the first multiplier 2 through the first low-pass filter 3 is connected to the input of the first subtractor 11. The output of the second multiplier 5 through the second low-pass filter 12 is connected to the first input of the second subtractor 9, with the second input of which through the third low-pass filter 13 is connected to the output of the third multiplier 6. The output of the second subtractor 9 through a phase shifter 90 ^° connected to the second input of the first subtractor 11, the output of which is the output of the device. The second inputs of the multipliers are connected to the output of the driver of the reference signal 4, the first multiplier 2 being connected directly, the second multiplier 5 through the phase shifter + φ 7, and the third multiplier 6 through the phase shifter by -φ 8.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Входная смесь, содержащая полезный сигнал вида U_csin(ω_ct+ φ_c) и узкополосная помеха вида U_пsin(ω_пt+ φ_п) через фильтр промежуточных частот 1 поступает одновременно на три ветви, каждая из которых содержит перемножитель и ФНЧ. Опорный сигнал, формируемый в блоке 4, подается на первый перемножитель 5, на второй перемножитель 6 через фазовращатель 7, а на третий перемножитель 6 через фазовращатель 8. Причем фазовращатель 7 поворачивает фазу на +φ, а фазовращатель 8 на -φ. Напряжение с выходов ФНЧ 12 и 13 поступает на вычитатель 9, на выходе которого формируется оценка помехи, которая через фазовращатель 10, осуществляющий поворот фазы на 90^o подается на вычитатель 11, где она компенсирует помеху в основном канале. Равенство амплитуд помехи и ее оценки достигается за счет выбора коэффициентов передачи перемножителей 2, 5, 6, а величина φ выбирается из условия 0 < φ < 90^o с точки зрения простоты аппаратурной реализации фазовращателей.An input mixture containing a useful signal of the form U _c sin (ω _c t + φ _c ) and a narrow-band noise of the form U _p sin (ω _p t + φ _p ) through the intermediate frequency filter 1 enters simultaneously into three branches, each of which contains a multiplier and a low-pass filter. The reference signal generated in block 4 is fed to the first multiplier 5, to the second multiplier 6 through the phase shifter 7, and to the third multiplier 6 through the phase shifter 8. Moreover, the phase shifter 7 rotates the phase by + φ, and the phase shifter 8 by -φ. The voltage from the outputs of the low-pass filter 12 and 13 is supplied to the subtractor 9, the output of which is formed by the interference estimate, which is fed through the phase shifter 10, which rotates 90 ^o , to the subtractor 11, where it compensates for the interference in the main channel. The equality of the interference amplitudes and its estimation is achieved by choosing the transmission factors of the multipliers 2, 5, 6, and the quantity φ is selected from the condition 0 <φ <90 ^o from the point of view of the simplicity of the hardware implementation of the phase shifters.

Докажем достижение поставленной цели. We prove the achievement of the goal.

Пусть на вход устройства-прототипа действует полезный сигнал вида
U_c(t) = U_csin(ω_ct+ φ_c) (1)
и узкополосная помеха вида
U_п(t) = U_пsin(ω_пt+ φ_п). (2)
Опорный сигнал запишем в виде
U_o(t) = U_osin(ω_ot+ φ_o). (3)
Тогда на выходе ФНЧ 3 можно записать

при ω_c = ω_o, ω_п ≠ ω_c, ω_п-ω_c = Δω ≤ Δω_фнч. (4)
В результате получаем

Таким образом, при ω_п-ω_c = ω_п-ω_o ≤ Δω_фнч помеха попадает в полосу ФНЧ и вместе с сигналом проходит на выход устройства.Let a useful signal of the form
U _c (t) = U _c sin (ω _c t + φ _c ) (1)
and narrowband type interference
U _p (t) = U _p sin (ω _p t + φ _p ). (2)
The reference signal is written as
U _o (t) = U _o sin (ω _o t + φ _o ). (3)
Then at the output of the low-pass filter 3 can be written

for ω _c = ω _o , ω _p ≠ ω _c , ω _p -ω _c = Δω ≤ Δω _fnch . (4)
As a result, we get

Therefore, when ω _p -ω _c = ω _n -ω _o ≤ Δω _LPF interference enters the LPF strip and together with the signal passes to the output device.

Для заявляемого устройства на выходе ФНЧ 3 имеем выражение аналогичное (5). For the inventive device at the output of the low-pass filter 3 we have an expression similar to (5).

На выходе ФНЧ 12 при выполнении условия (4) имеем

Аналогично на выходе ФНЧ 13 имеем

На выходе вычитателя 9 получаем разность (6) и (7)

При φ_c = φ_o, ω_c = ω_o
U₉(t) = U_пU_osin[(ω_п-ω_o)t+ φ_п-φ_c]sinφ. (8)
Анализ выражения (8) показывает, что оно представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале, определяемой выражением (5), постоянным амплитудным множителем 2sinφ и поворотом по фазе на 90^o. Из (8) видно, что φ необходимо выбирать с учетом соотношения
0 < φ < 90^o. (9)
При этом для обеспечения равенства амплитуд помеховой составляющей в основном и дополнительных каналах целесообразно положить φ = 30^o. Однако использование φ = 30^o не является обязательным, т.к. равенство амплитуд помеховых составляющих на входах вычитателя 11 может быть достигнуто за счет выбора коэффициентов усиления перемножителей 2, 5, 6.At the output of the low-pass filter 12, when condition (4) is satisfied, we have

Similarly, at the output of the low-pass filter 13 we have

At the output of the subtractor 9, we obtain the difference (6) and (7)

When φ _c = φ _o , ω _c = ω _o
U ₉ (t) = U _p U _o sin [(ω _p -ω _o ) t + φ _p -φ _c ] sinφ. (eight)
The analysis of expression (8) shows that it is an estimate of the interference component, which differs from the interference component in the main channel, defined by expression (5), a constant amplitude factor of 2sinφ and a phase rotation of 90 ^o . It follows from (8) that φ must be chosen taking into account the relation
0 <φ <90 ^o . (nine)
Moreover, to ensure equal amplitudes of the interference component in the primary and secondary channels, it is advisable to set φ = 30 ^o . However, the use of φ = 30 ^{o is} not required, because the equality of the amplitudes of the noise components at the inputs of the subtractor 11 can be achieved by choosing the gain of the multipliers 2, 5, 6.

За счет поворота по фазе U₉(t) на 90^o при φ = 30^o, φ_c = φ_o получаем

После вычитания из U₃(t) напряжения U₉(t) на выходе вычитателя 11 при φ_c = φ_o для заявляемого устройства

т.е. помеховая составляющая отсутствует.Due to the phase rotation of U ₉ (t) by 90 ^o at φ = 30 ^o , φ _c = φ _o we get

After subtracting from U ₃ (t) the voltage U ₉ (t) at the output of the subtractor 11 at φ _c = φ _o for the claimed device

those. there is no interference component.

В то же время прототип содержит один прямой канал и напряжение на его выходе определяется выражением (5), содержащем помеховую составляющую. At the same time, the prototype contains one direct channel and the voltage at its output is determined by the expression (5) containing the interfering component.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает большей помехоустойчивостью по сравнению с прототипом. Thus, the proposed device has greater noise immunity compared to the prototype.

Claims

A noise suppression synchronous detector comprising a series-connected intermediate-frequency filter, the input of which is the input of the device, a first multiplier, the second input of which is connected to the reference signal shaper, and the first low-pass filter, characterized in that the first subtractor is introduced, the input of which is connected to the output the first low-pass filter, and the output is the output of the device, the second multiplier connected in series, the second low-pass filter, the second subtractor, connected in series nennye third multiplier and a third low pass filter whose output is connected to a second input of the second subtractor, the output of the second subtractor through the phase shifter 90 ^o connected to the second input of the first subtractor, the first inputs of the second and third multipliers are connected to the filter output of intermediate frequency, the second input of the second multiplier connected to the output of the driver of the reference signal through the phase shifter to + φ, and the second input of the third multiplier is connected to the output of the driver of the reference signal through the phase shifter to -φ.