DE2452487C3

DE2452487C3 - Phasendemodulator

Info

Publication number: DE2452487C3
Application number: DE2452487A
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Mitaka Tokio Machida (Japan)
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-11-06
Filing date: 1974-11-05
Publication date: 1978-03-09
Also published as: US3949314A; CA1045219A; NL7414494A; IT1023155B; AU7492474A; DE2452487A1; AU470647B2; ATA890174A; NL187778B; DE2452487B2; NL187778C; FR2250227B1; JPS5075759A; GB1476145A; AT371636B; FR2250227A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Phasendemodulator, mit einem ersten Eingang zum Zuführen eines phasenmodulierten Signals, einem zweiten Eingang zum Zuführen eines ersten Bezugsträgers, und einem Phasenkomparator.

Der erste Bezugsträger ist in bekannter Weise mit dem Träger des zu demodulierenden Signals phasensynchronisiert.

Es ist bereits ein Phasendemodulator bekannt, bei dem eine abgeglichene Schaltung vorhanden ist, die zwei Sätze von Eingangsklemmen aufweist, von denen der eine das modulierte Signal aufnimmt, während dem anderen ein Bezugsträgersignal zugeführt wird. Diese Signale stehen in einer solchen Beziehung zueinander, daß dann, wenn die Modulation des phasenmodulierten Signals gleich Null ist, der Phasenwinkel dieses Signals gegenüber dem Bezugsträgersignal um einen bestimmten Winkel θ phasenverschoben ist Werden diese beiden Signale kombiniert, weist das resultierende Signal eine gewisse Überlappung auf, und es läßt sich durch ein Impulssignal darstellen, das ein bestimmtes Tastverhältnis aufweist. Bei einer Phasenmodulation des zu demodulierenden Signals wird die Überlappung vergrößert oder verkleinert, und hierdurch wird eine Änderung des Tastverhältnisses bewirkt. Die Änderung des Tastverhältnisses kann in eine Änderung der Amplitude umgesetzt werden, um die Demodulation zu Ende zu führen.

Ist die Phasendemodulation gegenüber einer bestimmten Phase zentriert, die sich um 90° von der Phase des Bezugsträgersignals unterscheidet, beträgt das Tastverhältnis des Überlappungssignals bei dem unmodulierten Signal 50%, und das Tastverhältnis nimmt bis auf 100% zu, wenn der Modulalionswinkel gleich π/2 ist, und auf 0% ab, wenn der Modulationswinkel gleich

— π/2 ist. Der Mittelwert des Überlappungssignals erreicht somit einen Spitzenwert bei einom Modulationswinkei von π/2 und einen Spitzenwert von entgegengesetzter Polarität bei einem Modulationswinkel von —π/2. Eine Vergrößerung des Modulationswinkels über diese Grenzwerte hinaus führt zu einer unerwünschten Verkleinerung des Mittelwertes. Bei Modulationswinkeln von ±.τ ist der Mittelwert gleich Null.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Phasendemodulator zu schaffen, der einen großen Demodulationsb^reich aufweist, der mit einer gule:i Linearität arbeitet, und der es ermöglicht, eine lincure Demodulation von Signalen zu bewirken, deren Modulationswinkel sich in der negativen Richtung über

— π/2 und in der positiven Richtung über +.τ/2 hinaus erstrecken.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dall an den zweiten Eingang ein Phasenschieber angeschlossen ist, der dazu dient, die Phase des ersten Bezugsträgers um einen vorbestimmten Winkelbetrag zu verschieben, um einen zweiten Bezugsträger zu erzeugen, daß an den ersten Eingang ein Mischer angeschlossen ist, der außerdem mit dem Phasenschieber verbunden ist, um das phasenmodulierte Signal mit dem zweiten Bezugsträger zu kombinieren, und daß der Mischer und der zweite Eingang mit dem Komparator verbunden sind, um die Phase des Ausgangssignals des Mischers mit der Phase des ersten Bezugsträgers zu vergleichen.

Zur Erzeugung des Bezugsträgers kann ein Bezugsfrequenzoszillator an den zweiten Eingang angeschlossen sein, so daß das Ausgangssignal dieses Oszillators den ersten Bezugsträger bildet.

In besonderer Anwendung des Phasendemodulators für ein Bandaufnahmegerät für Fernsehsignale wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Oszillator ein spannungsgesteuerter Oszillator ist, und daß der Demodulator zusätzlich ein Tiefpaßfilter aufweist, das den Phasenkomparator mit dem Oszillator verbindet, so daß die Frequenz des Oszillators durch ein dem Phasenkomparator entnommenes gesiebtes Signal geregelt wird. Ein derartiger Oszillator und seine Verbindung über einen Tiefpaß zu dem Phasenkompa-

rator sind allerdings nach der US-PS 35 30 383 für sich bekannt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung eines abgeglichenen Demodulators bekannter Art, wie er als Phasendetektor oder Demodulator verwendet wird,

F i g. 2A bis 2G jeweils eine Wellenform zur Veranschaulichung verschiedener Phasenbeziehungen, die sich beim Betrieb der Schaltung nach F i g. 1 ergeben,

F i g. 3 ein Vektordiagramm von beim Betrieb der Schaltung nach F i g. 1 auftretenden Signalen,

Fig.4 eine graphische Darstellung des durch die Schaltung nach F i g. 1 erzeugten ciemodulierten Signals,

Fig.5 ein Blockschaltbild eines Phasendemodulators nach der Erfindung,

Fig.6A und 6B jeweils ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 5,

F i g. 7 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Amplitude des Ausgangssignals der Schaltung nach F i g. 5 als Funktion des Phasenwinkels und

F i g. 8 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Phasendemodulators nach F i g. 5 zur Verwendung bei einem Bandaufnahmegerät für Fernsehsignale.

Der bekannte abgeglichene Demodulator na eh F i g. 1 weist zwei Eingangsklemmen 1 a und 1 b auf, üh _-r die ein unbekanntes phasenmoduliertes Signal Ea zugeführt wird, und es sind zwei weitere Eingangsklemmen 2a und 2b vorhanden, über die ein Bezugsträgersignii: Eb zugeführt wird. Die Eingangsklemmen 2a und 2b sind an die Basiselektroden von eine Differentialschaltung bildenden Transistoren 3a und 3b angeschlossen. Ferner sind zwei weitere eine Diffcrentialschaltung bildende Transistoren 4a und 4b vorhanden, die im Kollektorkreis des Transistors 3ü liegen, während der Kollektorkreis des Transistors 3b zwei eine Differentialschaltung bildende Transistoren 5,7 und 56 aufweist. Weiterhin ist eine mit einem konstanten Strom arbeitende Schallung 6 vorhanden, die auf ihrer einen Seite mit den Emittern der beiden Transistoren 3a und 3b verbunden ist und auf ihrer anderen Seite an eine Bezugsspannungsklemme, z. B. eine Erdungsklemme, angeschlossen ist. Die Schaltung wird durch eine Stromquelle 7 gespeist, und sie weist zwei Ausgangsklemmen 8;i und Sb auf, die an die Kollektoren der Transistoren 4a und 5b angeschlossen sind. Die Basiselektroden der Transistoren 4a und 5b sind mit der Eingangsklemme la verbunden, während die Basiselektroden der Transistoren 4b und 5a an die andere Eingangsklemme \b angeschlossen sind. Die Ausgangsklemmen 8a und 8i> sind mit einem Tiefpaßfilter 9 verbunden, das durch einen Ausgangs- bzw. Belastungswiderstand 10 überbrückt ist, an den die beiden Ausgangsklemmen 11a und 116 angeschlossen sind.

Beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 wird mit einem Bezugsträgersignal Eb gearbeitet, bei dem es sich gemäß Fig. 2A um ein Rechteckwellensignal handelt; das modulierte Signal ist in den weiteren Figuren für unterschiedliche Phasenbeziehungen dargestellt, und vwar in Fig. 2B als das Signal Ea 1, in Fig. 2D als das Signal Ea 2 und in Fig. 2F als das Signal Ea 3. Werden die Signale Ea 1 und Eb über die Eingangsklemmen la, \b und 2a, 2b zugeführt, erscheint an den Klemmen 8a und8f>das in F i g. 2Cdargestellte Rechteckwellensignal Ee 1. Die Beziehung zwischen dem Signal Ea 1 und dem Bezugslrägersignal Eb ist derart, daß zwischen ihnen ein Phasenunterschied von 90° bzw. π/2 vorhanden ist. Der Modulationswinkel ist in Fig. 2B mit θ bezeichnet, und bei dem Signal Ea 1 ist er gleich Null.

Wird der Phasenwinkel des Signals Ea um den Betrag — Δ θ geändert, wie es in F i g. 2ü gezeigt ist, erscheint als resultierendes Ausgangssignal an den Klemmen 8a und 8b das Signal Ee 2 nach F i g. 2E, bei dem es sich um ein Impulssignal handelt, dessen Tastverhältnis weniger als 50% beträgt Wird die Phase des Signals Ea in der entgegengesetzten Richtung entsprechend dem Betrag ΔΘ moduliert, so daß man das Signal Ea 3 nach F i g. 2F erhält, erscheint als resultierendes Ausgangssignal an den Klemmen 8a und Sb das in Fig. 2G dargestellte Signal Ee 3, bei dem das Tastverhältnis größer ist als 50%.

Die relativen Phasenwinkel zwischen dem Bezugsträgersignal Eb und dem unbekannten Signal Ea sind auch in F i g. 3 dargestellt. In F i g. 3 erstreck* sich eine Bezugsachse B, an der die Phasenmodulation gleich Null ist, im rechten Winkel zur Achse des Bezugsträgersignals Eb. Dies ist gleichbedeutend mit der Feststellung, daß die Bezugsachse ßdem Betriebszustand entspricht, bei dem der Phasenmodulationswinkel θ gleich Null ist. In diesem Fall hat das demodulierte Ausgangssignal Ee 1 nach F i g. 2C nach dem Durchlaufen des Tiefpaßfilters 9 nach Fig. 1 die Amplitude Null, wie es in Fig. 4 aargestellt ist. Eine Änderung des Phasenwinkels θ gegenüber der Achse B bewirkt, daß sich die Amplitude des Signals Ee im positiven oder negativen Sinne gegenüber dem Wert Null ändert und bei einem Phasenmodulationswinkel Θ von +π/2 einen positiven Spitzenwert und bei einem Phasenmodulalionswinkel θ von -π/2 einen negativen Spitzenwert erreicht. Innerhalb des Bereichs (-.τ/2) < ö <(.τ/2) besteht zwar eine lineare Beziehung zwischen dem Winkel (-) und der Amplitude des Ausgangssignals, doch außerhalb dieses Bereichs nimmt die Amplitude des Signals Ec ab, wenn sich der Winkel Θ vergrößert. Daher ist es schwierig, ein phasenmoduliertes Signal zu demodulieren,das einen großen Modulationswinkel aufweist.

Fig. 5 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Phasendemodulatorschaltung nach der Erfindung. Diese Schaltung besitzt eine erste Eingangsklemme 9, der das unbekannte modulierte Signal Ea zugeführt wird, und , eine zweite Eingangsklemme 10 zum Zuführen des Bezugsträgersignals Eb. An die Klemme 10 ist ein Phasenschieber bzw. eine Verzögerungsschaltung 14 angeschlossen, deren Ausgang mit einem Mischkreis 15 verbunden ist. Der andere Eingang des Mischkreises 15 liegt an der Eingangsklemme 9, und der Ausgang des Mischkreises ist über eine Begrenzungsschaltung 16 mit einem Phasenkomparator 17 verbunden, der ebenso ausgebildet sein kann wie die Phasenkomparatorschaltung nach Fig. 1. Die Phasenkomparatorschaltung 17 ist ferner mit der Eingangsklemme 10 verbunden, damit ihr das Beiugsträgersignal Eb zugeführt werden kann, und er besitzt eine Ausgangsklemme 18.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 5 wird im folgenden anhand der in Fig. 6A und 6B dargestellten Vektordiagramme unter Benutzung der üblichen Vektorbezeichnungen näher erläutert.

Das Ausgangssignal des Phasenschiebers 14 ist mit Ec für einen Phasenwinkel von π/2 gegenüber dem Bezugsträgersignal Eb dargestellt. Somit befindet sich das Signal Ec in Phase mit der Bezugsachse B für den Modulationswert Null.

Wird das Signal Ec mit dem unbekannten Signal Ea in dem Mischkreis 15 kombiniert, werden diese Signale

vektoriell addiert, und für diesen Fall ist der Modulationswinkel θ des unbekannten Signals Ea in F i g. 6A dargestellt. Die Vektorsumme der Signale Fc und Ea ist das Signal Ed, zu dem ein Winkel φ gehört, der kleiner ist als der Winkel Θ. In der vektoriellen Schreibweise_ erhält man somit die Gleichung Ec + Ea = Ed. Das Bezugsträgersignal wird in der gewünschten Weise durch ein Bezugssignal Eb' ersetzt, das in F i g. 6A als zu dem ursprünglichen Bezugsträgersignal Eb paralleler Vektor dargestellt ist. Nimmt man an, daß die Größe des unbekannten Signals Ea konstant ist, beschreibt der Vektor Ea einen Kreis um den Punkt (O, b), wenn der Winkel θ variiert. Der Radius dieses Kreises ist gleichdem Betrag von Ea. Der Phasenwinkel φ des Vektors Ed gegenüber der Bezugsachse B läßt sich wie folgt ausdrücken:

</ = tang '

sin <-) ~k + cos (-)

Hierin ist k = Ecj\Ea

Ist k gleich 1, oder ist Ea gleich Fc, läßt sich der Phasenwinkel φ wie folgt ausdrücken:

= tang"¹

_
= tang

sin (-)

1 +cos T)

2 sin (W 2) cos(W 2)

2 cos² {(-)/2)

Um eine Beeinflussung des Ausgangssignals des Phasenkomparators 17 durch die Amplitude des Signals Ed zu verhindern, wird dieses Signal durch einen Amplitudenbegrenzer 16 geleitet, der das Signal auf den ^ Wert Ed'begrenzt, das einen Kreis L um den Ursprung der graphischen Darstellung des Phasenwinkels ψ in F i g. 6A beschreibt.

Fig. 6B ähnelt Fig. 6A, veranschaulicht jedoch die Beziehungen, die für Phasenmodulationswinkel θ gelten, die größer sind als π/2. Für den Fall, daß die Signale Ea und Fc die gleiche Größe haben, oder daß E/Ec gleich k und φ gleich Θ/2 ist, veranschaulicht F i g. 7 die Beziehung zwischen dem Phasenwinkel θ des der Eingangsklemme 9 nach F i g. 5 zugeführten Eingangssignals und der Amplitude des nachgewiesenen, an der Klemme 18 erscheinenden Ausgangssignals Fe. Wie erwähnt, ist ein solcher Nachweis bzw. eine Demodulation in dem Bereich von —π/2 bis +π/2 möglich, doch da das in dem Phasenkomparator 17 so verglichene Signal das Signal Fd'ist, ist der Phasenwinkel derjenige Winkel, welcher zwischen —π/2 und +π/2 variiert, während der Winkel θ zwischen — π und + π variiert, wenn k gleich 1 ist. Fig. 7 zeigt diese Beziehung auch für den Fall, daß k gleich Null ist (Stand der Technik) und daß k gleich 0,5 bzw. gleich 2 ist.

F i g. 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bei einer phasenstarren Schleife, die als FM-Dcteklor arbeitet und bei einem Magnetband-Aufzeichnungsgerät für Fernsehsignale verwendet wird. Diejenigen Schaltungselemente nach F i g. 8, die in Fig. 5 dargestellten Schaltungselementen entsprechen, sind jeweils mit den gleichen Bezugzszahlen bezeichnet. Das Ausgangssignal eines Oszillators 19, dessen Frequenz durch ein Signal des Phasenkomparators 17 über ein Tiefpaßfilter 20 geregelt wird, dient als Bezugssignal Eb. Zwischen dem Phasenschieber 14 und dem Mischkreis 15 liegt ein regelbares Dämpfungsglied.

Beim Betrieb einer Detektorschaltung in Form einer phasenstarren Schleife wird ein beim Abspielen eines Magnetbandes in einem Gerät zum Aufzeichnen von Fernsehsignalen ein reproduziertes frequenznioduliertes Signal der Eingangsklemme 12 zugeführt, und der Oszillator 16 erzeugt ein Bezugssignal Eb mit einer Frequenz, die gleich der Frequenz des Trägers des frequenzmodulierten Signals ist. Bei Detektoren bekannter Art für frequenzmodulierte Signale, bei denen phasenstarre Schleifen benutzt werden, würde dem Phasenkomparator 17 das frequenzmodulierte Signal auf direktem Wege zugeführt und mit dem Ausgangssignal des Oszillators 19 verglichen. Bei dieser Anordnung würden der Phasenschieber 14, das regelbare Dämpfungsglied 21, der Mischkreis 15 und die Begrenzungsschaltung nicht vorhanden sein. Bei diesen bekannter Schaltungen wird daher dann, wenn ein Signal über ein breites Band mit einem relativ niederfrequenten Träger übermittelt wird, wegen des Vorhandenseins des Tiefpaßfilters 20 oder einer mit einer Zeitkonstantc arbeitenden Schaltung, die an die Steuerschaltung des spannungsgesteuerten Oszillators 19 angeschlossen ist ein falsches Signal erzeugt, sobald die Frequenz über einen zulässigen Abweichungsbereich abweicht, insbesondere dann, wenn das ursprüngliche Signal übermäßig starke hochfrequente Komponenten enthält.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung nach Fig.E wird dagegen der Demodulationsbereich im Vergleich zum Stand der Technik annähernd verdoppelt, so daC selbst dann, wenn das ursprüngliche Signal zahlreiche hochfrequente Komponenten enthält, die Gefahr der Erzeugung falscher Signale erheblich verringert ist.

Bei der Schaltung nach F i g. 8 ist der Phasenschiebei

14 zwischen dem Knotenpunkt 13 und dem Mischkrei'

15 angeschlossen, doch ist es auch möglich, der Phasenschieber in der in F i g. 8 mit gestrichelten Linier angedeuteten Weise zwischen dem Knotenpunkt 13 unc dem Phasenkomparator 17 anzuschließen. Ferner ist e: nicht unbedingt erforderlich, die Phasenverschiebung auf π/2 zu begrenzen; vielmehr ist es ausreichend, wenr das Bezugssignal Eb gegenüber dem Phasenwinkel de; Bezugsträgersignals um einen vorbestimmten Betrag verschoben wird, so daß man das Phasenänderungssi gnal Ec erhält.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Phasendemodulator mit einem ersten Eingang zum Zuführen eines phasenmodulierten Signals, einem zweiten Eingang zum Zuführen eines ersten Bezugsträgers, und einem Phasenkomparator, d a durch gekennzeichnet, daß an den zweiten Eingang (10) ein Phasenschieber (14) angeschlossen ist, der dazu dient, die Phase des ersten Bezugsträgers um einen vorbestimmten Winkelbetrag zu verschieben, um einen zweiten Bezugsträger zu erzeugen, daß an den ersten Eingang (9) ein Mischer (15) angeschlossen ist, der außerdem mit dem. Phasenschieber (14) verbunden ist, um das phasenmodulierte Signal mit dem zweiten Bezugsträger zu kombinieren, und daß der Mischer (i5) und der zweite Eingang (10) mit dem Komparator (17) verbunden sind, um die Phase des Ausgangssignals des Mischers (15) mit der Phase des ersten Bezugsträgers zu vergleichen.
2. Phasendemodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (14) zwischen dem zweiten Eingang (13) und dem Mischer (15) eingeschaltet ist.
3. Phasendemodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber zwischen dem zweiten Eingang (13) und dem Phasenkomparator^?) eingeschaltet ist.
4. Phasendemodulator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzer (16) zwischen den Ausgang des Mischers (15) und dem Eingang des Phasenkomparator (17) eingeschaltet ist.
5. Phasendemodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (14) den ersten Bezugsträger um einen Winkel von π/2 verschiebt.
6. Phasendemodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sicn bekannter Bezugsfrequenzoszillator (19) an den zweiten Ringang (13) angeschlosser ist, so daß das Ausgangssignal dieses Oszillators den ersten Bezugsträger bildet.
7. Phasendemodulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (19) — wie an sich bekannt — ein spannungsgesteuerter Oszillator ist, und daß der Demodulator — wie ebenfalls bekannt — zusätzlich ein Tiefpaßfilter (20) aufweist, das den Phasenkomparator (17) mit dem Oszillator verbindet, so daß die Frequenz des Oszillators durch ein dem Phasenkomparator entnommenes gesiebtes Signal geregelt wird.