DE10158357A1

DE10158357A1 - Kompensationsschaltung für Frequenzfilter

Info

Publication number: DE10158357A1
Application number: DE10158357A
Authority: DE
Inventors: Joachim Brilka; Axel Kattner
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-12
Also published as: AU2002351055A1; DE60237228D1; JP2005510932A; WO2003047096A1; US7499105B2; EP1451928A1; ATE476789T1; US20050007496A1; EP1451928B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kompensationsschaltung für Filter eines Videosignalempfängers. Zur Kompensation einer nichtlinearen Verstärkung eines Kleinsignals in Abhängigkeit von der Aussteuerung eines Großsignals, welchem das Kleinsignal überlagert ist, schlägt die Erfindung vor, die Aussteuerung des Großsignals zu erfassen und in Abhängigkeit von der Aussteuerung des Großsignals den Arbeitspunkt des Filters zu variieren. Da der Filter das Kleinsignal in Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes unterschiedlich verstärkt, lässt sich somit die Nichtlinearität des Filters kompensieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompensationsschaltung für Frequenzfilter, insbesondere Zwischenfrequenzfilter, Zwischentonträgerfilter oder Zwischentonfrequenzfallen, eines Videosignalempfängers, insbesondere eines Fernsehsignalempfängers, mit Verstärkungsmitteln zur Verstärkung eines Signals, insbesondere eines Composite Videosignals, und mit Filtermitteln zur Filterung eines Frequenzbereichs innerhalb des Signals, wobei die Filtermittel eine nichtlineare, aussteuerungsabhängige Übertragungsfunktion aufweisen.

Ein Composite Video Signal setzt sich aus einem Bildsignal und einem Tonträgersignal zusammen, wobei auf die Trägersignale die jeweiligen Informationssignale aufmoduliert sind. Zur Trennung von Bildsignalen und Tonträgersignalen muss nach einer Demodulation des Zwischenfrequenzsignals das Composite Video Signal in ein Tonträgersignal und ein Bildsignal aufgeteilt werden. Zur Unterdrückung von Tonträgersignalen im Bildsignal- Pfad ist eine verlässliche Unterdrückung des Tonträgers notwendig. Daher befinden sich in herkömmlichen Zwischenfrequenz-Stufen von Fernsehempfängerschaltungen unter anderem Filter mit integrierter oder externer Tonträger-Unterdrückung. Hierzu werden Filter eingesetzt, die zum einen den Tonträger unterdrücken und zum anderen das Bildsignal verstärken.

Herkömmlichen Composite Video Signale setzen sich aus einem Basisbandbildsignal und einem überlagertem Tonträgersignal zusammen. Das Basisbandbildsignal reicht dabei von 0-4 oder 5 Mhz. Das Bildsignal weist ein Helligkeitssignal (Luminanzsignal) und ein auf einen Träger moduliertes Farbsignal (Chrominanzsignal) auf. Weiterhin befindet sich im Composite Video Signal ein auf ein Trägersignal aufmoduliertes Tonsignal. Beispielsweise befindet sich das Chrominanzsignal bei einer Frequenz von ca. 4,43 bzw. 3,56 Mhz. Um Störungen im Bildsignal zu vermeiden, muss das Tonträgersignal mit Hilfe einer Tonträgerfalle verlässlich aus dem Composite Videosignal gefiltert werden.

Dem tieferfrequenten Luminanzsignal ist ein höherfrequentes Chrominanzsignal überlagert. Die Amplitude des überlagerten Chrominanzsignals ist wesentlich kleiner als die Amplitude des Luminanzsignals. Das bedeutet, dass das Luminanzsignal einen Großteil der Amplitude des Bildsignals ausmacht. Das überlagerte Chrominanzsignal ist sowohl phasenmoduliert als auch amplitudenmoduliert, wodurch die Farbart und die Farbsättigung bestimmt wird.

In den verwendeten Filtern wird das Bildsignal verstärkt. Der Videoparameter "Differential Gain" bestimmt dabei die Verstärkung des höherfrequenten Chrominanzsignals gegenüber dem tieferfrequenten Luminanzsignal.

Herkömmliche Filter weisen jedoch eine nicht lineare Verstärkung des Farbsignals auf. Diese Nichtlinearität zeichnet sich dadurch aus, dass das höherfrequente Chrominanzsignal in Abhängigkeit der Aussteuerung des tieferfrequenten Luminanzsignals verstärkt wird. Beispielsweise werden in bekannten Filtern Metall-Oxid-Semiconductor (MOS) Transistoren, vorzugsweise PMOS-Transistoren eingesetzt. Diese werden in der Triode-Region betrieben, wobei sich in diesem Betriebsbereich der PMOS-Transistor als regelbarer Widerstand einsetzen lässt. Dies ist notwendig, um den Filter zu justieren.

Nachteilig am Betrieb der PMOS-Transistoren in der Triode-Region ist, dass die Verstärkung des höherfrequenten Chrominanzsignals mit steigender Aussteuerung des tieferfrequenten Luminanzsignals abnimmt. Diese Nichtlinearität hat unterschiedliche Verstärkungen des Chrominanzsignals in Abhängigkeit der Helligkeit des Bildsignals zur Folge, was unerwünscht ist.

Daher ist es ein technisches Problem der Erfindung, eine Kompensation der amplitudenabhängigen Aussteuerung eines Filters zu ermöglichen.

Das zuvor hergeleitete und aus dem Stand der Technik bekannte technische Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Erfassungsmittel zur Erfassung der Aussteuerung des Signals vorgesehen sind, und dass Variationsmittel zur Variation des Gleichstromanteils des Signals vorgesehen sind, wobei durch die Variation des Gleichstromanteils des Signals die Nichtlinearität der Übertragungsfunktion der Filtermittel zumindest teilweise kompensierbar ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verstärkung bei bekannten Filter nicht nur abhängig von der Aussteuerung des Signals ist, sondern auch von der Gleichstrom (DC)-Lage des Signals.

Die Verschlechterung des "Differential Gains" lässt sich erfindungsgemäß durch eine Verschiebung des DC-Anteils, beziehungsweise des Arbeitspunktes des Signals, zumindest teilweise kompensieren. Das Signal setzt sich aus einem tieferfrequenten Großsignal und einem diesem überlagerten höherfrequenten Kleinsignal zusammen. Der Differential Gain variiert in Abhängigkeit der Amplitude des tieferfrequenten Großsignals. Erfindungsgemäß wird die Gleichstromlage des Signals, die dem Arbeitspunkt des Filters entspricht, entsprechend seiner Amplitude variiert, wodurch sich eine im wesentlichen gleichmäßige Verstärkung des Kleinsignals über den gesamten Amplitudenbereich des Signals ergibt. Die Erfassungsmittel sind mit den Variationsmitteln verkoppelt, wobei die Verstärkung der erfassten Aussteuerung kleiner 1 ist. Das bedeutet, dass eine Variation der Aussteuerung des Signals nur eine kleine Variation des Arbeitspunktes des Filters zur Folge hat. Die Arbeitspunktverschiebung beträgt dabei nur wenige Prozent der Amplitude des Signals. Beispielsweise ergibt sich bei einem Luminanzsignal von 400 mV eine Arbeitspunktverschiebung von ca. 10 mV. Diese Verschiebung bewirkt jedoch eine Kompensation der nichtlinearen Verstärkung des Filters.

Das Signal setzt sich vorzugsweise aus einem tieferfrequenten Großsignal und einem dem Großsignal überlagerten höherfrequenten Kleinsignal zusammen. Die Filtermitteln verstärken das Kleinsignal, wobei die Verstärkung des Kleinsignals abhängig von der Amplitude und der Gleichstromlage des Signals ist. Vorteilhafterweise bildet das Großsignal das Luminanzsignal und das Kleinsignal das Chrominanzsignal eines Videosignals.

Vorteilhaft lässt sich die Amplitude des Großsignals mit den Erfassungsmitteln nach Anspruch 2 erfassen. Am Ausgang des Zweiwege-Gleichrichters liegt betragsmäßig die maximale Aussteuerung des Gesamtsignals an. Dieser Betragswert bestimmt die Aussteuerung des Gesamtsignals und damit den durch den Filter erzeugten Verstärkungsfehler.

Häufig werden Filter gemäß des Anspruchs 3 eingesetzt. Diese ermöglichen ein Filtern des Tonträgers, weisen jedoch eine Nichtlinearität ihrer Verstärkung auf.

Variationsmitteln nach Anspruch 4 sind vorteilhaft, da sich durch den eingesetzten Spannungsteiler der DC-Anteil des Signals leicht einstellen lässt.

Der Einsatz eines Spannung/Strom-Netzes nach Anspruch 5 ist ebenfalls vorteilhaft, da ein Spannung/Strom-Netz in vielen Anwendungen bereits vorhanden ist. So dient ein Spannung/Strom-Netz in Fernsehempfängern zur Einstellung des Arbeitspunktes des Filters. Dieser wird durch eine Variation und ein Matching der eingesetzten MOSFETs eingestellt. Beim Einsatz des Spannung/Strom-Netzes gemäß des Anspruchs 5 wird die von den Erfassungsmitteln erfasste Aussteuerung des Signals in einen Strom umgesetzt, der wiederum zur Variation des Gleichstromanteils in eine korrespondierende Spannung umgesetzt wird. Das bedeutet, dass mit Hilfe des Spannung/Strom-Netzes eine Kopplung zwischen Erfassungsmitteln und Variationsmitteln erreicht wird. Die Verstärkung der erfassten Aussteuerung ist kleiner 1, was bedeutet, dass die Verschiebung des Arbeitspunktes des Filters kleiner ist als die Aussteuerung des Signals.

Besonders vorteilhaft ist eine Verstärkung mit Hilfe von Filtern gemäß Anspruch 6. Bei einem solchen Verstärker lässt sich die Eingangsdifferenzspannung in einen Ausgangsstrom umsetzen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation einer nichtlinearen Übertragungsfunktion eines Filters eines Videosignalempfängers, bei dem ein Signal verstärkt wird, bei dem aus dem verstärkten Signal eine Signalamplitude erfasst wird, bei dem in Abhängigkeit von der erfassten Signalamplitude eine Variation des Gleichstromanteils des verstärkten Signals bewirkt wird, und bei dem das variierte Signal mit Hilfe des Filters gefiltert wird, wobei durch die Variation des Gleichstromanteils die Nichtlinearität des Filters zumindest teilweise kompensiert wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer beschriebenen Kompensationsschaltung oder des beschriebenen Verfahrens in Fernsehempfängern, Videoempfängern oder integrierten Schaltkreisen zur Tonträgerunterdrückung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Realisierung der Filterkompensation.
Die Fig. 1 zeigt eine Kompensationsschaltungsanordnung zur Kompensation der nichtlinearen Verstärkung des Kleinsignals eines Videosignals. Dieses Videosignal setzt sich aus einem tieferfrequenten Luminanzsignal (Großsignal) und einem höherfrequenten Chrominanzsignal (Kleinsignal) und einem Tonträgersignal zusammen. Das Chrominanzsignal ist dem Luminanzsignal überlagert. Ein Videosignal, insbesondere ein Composite Video Signal, wird durch einen Transkonduktanz-Verstärker 2 verstärkt, über Widerstände 4a, 46 einem Filter 16 zugeführt und dort entsprechend der Filtereinstellungen des Filters 16 gefiltert. Vorzugsweise wird das Eingangssignal U_in durch den Filter in ein um das Tonträgersignal gefiltertes Ausgangssignal U_out umgewandelt. Zur Kompensation der Nichtlinearität des Filters 16 sind Erfassungsmittel 14, Variationsmittel 10 und eine Kopplungsschaltung 12 vorgesehen. Die dargestellte Schaltung arbeitet wie folgt:
Die Erfassungsmittel 14 sind aus einem Zweiwege-Gleichrichter gebildet. Dieser Zweiwege-Gleichrichter weist zwei Dioden 14a, 14b auf, die an den Signalleitungen das Signal abgreifen. Am gemeinsamen Abgriff der Dioden 14a, 14b liegt der betragsmäßige Spitzenwert des Signals an. Das bedeutet, dass die Signalamplitude an den Katoden der Dioden 14a, 14b messbar ist.
Die Kopplung zwischen Erfassungsmitteln 14 und Variationsmitteln 10 wird durch die Kopplungsmittel 12, die ein Strom/Spannung-Netz bilden, gebildet. Die Kopplungsmittel 12 werden durch die Spannungsquelle 12c gespeist. Die am Zweiwege-Gleichrichter 14 abgegriffene Spannung wird im Spannung/Strom-Wandler 126 in einen Strom umgewandelt. Dieser Strom wird im Strom/Spannung-Wandler 12a wieder in eine Spannung umgesetzt. Die am Ausgang des Strom/Spannung-Wandlers 12a anliegende Amplitude ist erheblich kleiner als die an den Katoden der Dioden 14a, 14b abgegriffene Signalamplitude. Beispielsweise beträgt die Signalamplitude 400 mV und die Spannung am Ausgang des Strom/Spannung-Wandlers 12a 10 mV. Diese 10 mV werden über die durch einen Spannungsteiler gebildeten Variationsmittel 10 an das Signal herangeführt. Durch den Spannungsteiler, der aus den Widerständen 10a, 10b gebildet ist, ergibt sich eine Verschiebung des Gleichstromanteils des Signals entsprechend der Spannung des Ausgangs des Strom/Spannung-Wandlers 12a.
Da der Filter 16 das höherfrequente Kleinsignal entsprechend der Amplitude des tieferfrequenten Großsignals unterschiedlich verstärkt, ergibt sich am Ausgang des Filters 16 zunächst ein verzerrtes Kleinsignal. Da der Filter 16 jedoch sowohl abhängig von der Aussteuerung des Großsignals, als auch von der Gleichstrom-Lage des Großsignals ist, lässt sich die nichtlineare Verstärkung des Kleinsignals durch eine Verschiebung des Arbeitspunktes des Filters 16, wie er erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, erreichen. Durch die Verschiebung des Arbeitspunktes des Filters 16, die hier durch die Veränderung des Gleichstromanteils des Signals erreicht wird, wird die nichtlineare Verstärkung des Filters in Abhängigkeit von der Aussteuerung des Signals kompensiert.
Herkömmliche Filter, ohne eine erfindungsgemäße Kompensationsschaltung, weisen üblicherweise eine Nichtlinearität von 6-8% auf. Das bedeutet, dass für große Aussteuerungen des Signals sich eine 6-8% kleinere Verstärkung des Kleinsignals ergibt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich diese Verzerrung auf ca. 2-3% verkleinern.
Der Vorteil der Erfindung besteht daher darin, dass eine Kompensation der Nichtlinearität des Filters mit einfachen Mitteln erreicht werden kann. BEZUGSZEICHENLISTE U_in Eingangssignal
U_out Ausgangssignal
2 Transconductance-Verstärker
4a, b Widerstände
10 Variationsmittel
10a, b Widerstände
12 Kopplungsschaltung
12a, b Strom/Spannung-Wandler
12c Spannungsquelle
14 Erfassungsmittel
14a, b Dioden
16 Filter

Claims

1. Kompensationsschaltung für Frequenzfilter, insbesondere Zwischenfrequenzfilter, Zwischentonträgerfilter oder Zwischentonfrequenzfallen, eines Videosignalempfängers, insbesondere eines Fernsehsignalempfängers,
mit Verstärkungsmitteln zur Verstärkung eines Signals, insbesondere eines Composite Videosignals, und
mit Filtermitteln zur Filterung eines Frequenzbereichs innerhalb des Signals,
wobei die Filtermittel eine nichtlineare, aussteuerungsabhängige Übertragungsfunktion aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass Erfassungsmittel zur Erfassung der Aussteuerung des Signals vorgesehen sind, und
dass Variationsmittel zur Variation des Gleichstromanteils des Signals vorgesehen sind,
wobei durch die Variation des Gleichstromanteils des Signals die Nichtlinearität der Übertragungsfunktion der Filtermittel zumindest teilweise kompensierbar ist.

2. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel einen Zweiwege-Gleichrichter aufweisen, wobei am Ausgang des Zweiwege-Gleichrichters die Aussteuerung des Signals erfassbar ist.

3. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel als Tonträgerfalle ausgestaltet sind, wobei mit Hilfe der Filtermittel eine Tonträgerfrequenz des Signals filterbar ist.

4. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Variationsmittel einen Spannungsteiler aufweisen, und dass der Spannungsteiler an das Signal gekoppelt ist, wobei mit Hilfe des Spannungsteilers die Gleichstromlage des Signals variierbar ist.

5. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannung/Strom-Netz vorgesehen ist, wobei mit Hilfe des Spannung/Strom- Netzes die Gleichstromlage des Signals in Abhängigkeit von der erfassten Aussteuerung des Signals variierbar ist.

6. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel aus einem Transconductance Verstärker gebildet sind.

7. Verfahren zur Kompensation einer nichtlinearen Übertragungsfunktion eines Filters, insbesondere eines Zwischenfrequenzfilters, eines Zwischentonträgerfilters oder einer Zwischentonfrequenzfalle, eines Videosignalempfängers,
bei dem ein Signal, insbesondere ein Composite Video Signal, verstärkt wird,
bei dem aus dem verstärkten Signal eine Signalamplitude erfasst wird,
bei dem in Abhängigkeit von der erfassten Signalamplitude eine Variation des Gleichstromanteils des verstärkten Signals bewirkt wird, und
bei dem das variierte Signal mit Hilfe des Filters gefiltert wird,
wobei durch die Variation des Gleichstromanteils die Nichtlinearität des Filters zumindest teilweise kompensiert wird.

8. Verwendung der Kompensationsschaltung nach Anspruch 1 oder des Verfahrens nach Anspruch 7 in Fernsehempfängern, Videoempfängern oder integrierten Schaltkreisen zur Tonträger-Unterdrückung.