DE3339502C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Trägerrück­ gewinnung bei trägerfrequenten Video- oder Datenübertragungs­ systemen mit Restseitenbandmodulation, bei der mit einem Träger­ frequenzsignal ein in Phase und Amplitude definierter Trägerrest übertragen wird und trägernahe Frequenzen stark bedämpft sind, und mit einem Mischer, dem außer dem Trägerfrequenzsignal ein Trägersignal zugeführt ist.

In der DE-PS 22 21 892 ist eine derartige Schaltungsanordnung zur Trägerrückgewinnung bei trägerfrequen­ ten Video- und Datenübertragungssystemen beschrieben. Voraus setzung zur Rückgewinnung eines phasenstarren Trägersignals ist die Bedämpfung der trägernahen Frequenzen vor der Übertragung. Diese Bedämpfung wird nach der empfangsseitigen Demodulation wieder rückgängig gemacht. Um empfangsseitig ein einwandfreies Trägersignal rückgewinnen zu können, ist das schmalbandige Her­ ausfiltern der Trägerfrequenz notwendig. Das Trägerfrequenzsi­ gnal umfaßt beispielsweise das Frequenzband zwischen 10 und 17 MHz. Ein geeignetes schmalbandiges Bandfilter zum Herausfiltern der Trägerfrequenz ist kaum oder nur mit erheblichem Aufwand zu re­ alisieren. In der angegebenen Patentschrift wird daher das Trä­ gerfrequenzsignal zunächst in zwei niederfrequentere Signale herabgemischt, dann gefiltert und anschließend wieder in die ur­ sprüngliche Frequenzlage zurückgemischt. Nach Addition und Fil­ terung der so gewonnenen Modulationssignale ergibt sich hieraus die Trägerfrequenz. Diese wird benötigt, um in einem Mischer das Trägerfrequenzsignal wieder in die ursprüngliche Basislage umzu­ setzen.

Die in der angegebenen Patentschrift beschriebene Schaltungsan­ ordnung benötigt einen erheblichen Schaltungsaufwand. Wegen Ver­ kopplungen im Schaltungsaufbau bereitet die technische Realisie­ rung außerdem erhebliche Schwierigkeiten.

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine einfach zu realisie­ rende Schaltungsanordnung zur Trägerrückgewinnung anzugeben.

Ausgehend vom einleitend beschriebenen Stand der Technik wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Trägerfrequenzsignal ei­ nem Modulator zugeführt ist, dessen Ausgang über einen Filter mit dem Steuereingang eines steuerbaren Träger-Oszillators verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Trägersignaleingang des Mischers und mit dem Eingang eines Phasenschiebers verbunden ist, der an seinem Ausgang ein gegenüber dem Träger des Trägerfrequenzsi­ gnals um 90 Grad phasenverschobenes Trägersignal abgibt, das ei­ nem zweiten Eingang des Modulators zugeführt ist.

Bei dieser Lösung wird das zur Demodulation des Trägerfrequenz­ signals benötigte Trägersignal in einem Träger-Oszillator er­ zeugt. Eine Regelschaltung sorgt dafür, daß das Trägersignal dem Mischer mit der richtigen Frequenz- und Phasenlage zugeführt wird. An die Stelle einer aufwendigen Trägerrückgewinnung ist ein weniger aufwendiger Regelkreis getreten. Dieser Regelkreis muß selbstverständlich weitgehend temperaturunabhängig und al­ terungsbeständig sein. Auch bei schwankender Amplitude des Trä­ gerfrequenzsignals oder sogar bei kurzzeitigem Ausfall dieses Signals soll sich die Oszillatorfrequenz nicht oder nur minimal ändern.

Es ist zweckmäßig, daß als Modulator ein Differenzverstärker mit zwei Transistoren vorgesehen ist, deren Kollektorwiderständen Siebkondensatoren parallelgeschaltet sind.

Sind der im Trägerfrequenzsignal vorhandene Träger und das dem Modulator ebenfalls zugeführte Trägersignal um exakt 90 Grad versetzt, so ergeben diese Frequenzen am Ausgang des Modulators keinen Gleichspannunganteil. Sind diese Frequenzen dagegen nicht exakt um 90 Grad versetzt, so ergibt sich eine oft als Richtspannung bezeichnete Gleichspannung. Da alle anderen Misch­ produkte zur Steuerung des Träger-Oszillators unerwünscht sind, müssen sie weggefiltert werden. Diese Siebung beginnt bereits im Modulator selbst durch die parallel zu den Kollektorwiderstän­ den liegenden Siebkondensatoren. Selbstverständlich können auch andere Modulatoren, beispielsweise passive Modulatoren, verwen­ det werden.

Es ist vorteilhaft, daß als Filter ein mit einem Operationsver­ stärker realisierter Integrator vorgesehen ist, dessen Integra­ tionskondensator eine Serienschaltung eines Widerstandes und eines dritten Kondensators, die eine große Zeitkonstante auf­ weist, parallelgeschaltet sind.

Durch den Integrator wird vermieden, daß der Regelkreis einen Proportionalanteil aufweist. Bei Ausfall des Trägerfrequenzsi­ gnals würde sich aber trotzdem - auch bei noch so optimaler Dimensionierung der Regelschleife die Ausgangsspannung des In­ tegrators und damit die Frequenz des Träger-Oszillators ändern. Dieser Änderung wirkt die Serienschaltung des Widerstandes mit dem dritten Kondensator entgegen. Diese Anordnung hat eine extrem hohe Zeitkonstante und bewirkt, daß sich die Frequenz des Träger-Oszillators bei kurzzeitiger Unterbrechung des Träger­ frequenzssignals nur sehr wenig ändert.

Es ist zweckmäßig, daß der Phasenschieber einen zweiten Diffe­ renzverstärker enthält, dessen einem Verstärkereingang das Ein­ gangssignal über einen ohmschen Spannungsteiler zugeführt ist und dessen anderem Verstärkereingang das Eingangssignal über einen aus einem ohmschen Widerstand und einem einstellbaren Kondensator bestehenden Spannungsteiler zugeführt ist.

Mit Hilfe des Phasenschiebers wird der Regelkreis so eingestellt, daß dem Mischer das Trägersignal phasengerecht zugeführt wird. Die Einstellung kann mit Hilfe eines Trimm-Kondensators oder durch Einlöten entsprechender Fest-Kondensatoren in der Schal­ tung des Phasenschiebers erfolgen. Ebenso ist eine Einstellung durch Trimmpotentiometer möglich. Hierbei muß jedoch die Tem­ peraturstabilität der Schaltunganordnung besonders beachtet werden. Der Regelkreis sorgt dafür, daß das Trägersignal gegen­ über dem Trägeranteil des Trägerfrequenzsignals um 90 Grad pha­ senverschoben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand eines Blick­ schaltbildes und mehrerer Schaltungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung,

Fig. 2 einen Modulator,

Fig. 3 einen Integrator,

Fig. 4 einen Phasenschieber,

Fig. 5 einen Trägeroszillator und

Fig. 6 einen dem Integrator nachgeschalteten Spannungsbegrenzer.

Der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird über einen Eingang E ein Trägerfrequenzsignal TF zugeführt. Der Eingang E ist mit dem Eingang eines Mischers M 1 verbunden, an dessen Aus­ gang A das Trägerfrequenzsignal, im allgemeinen ein Video-Signal, in der Basislage abgegeben wird. Der Eingang E ist ebenfalls mit dem Ein­ gang eines Modulators M 2 verbunden, der zu einer Phasen­ regelschleife gehört und außerdem die Reihenschaltung eines Filters F 1, eines Träger-Oszillators OS und eines Phasenschiebers PS enthält, dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang des Modulators M 2 verbunden ist. Ein vom Träger-Oszillator abgegebenes Trägersignal wird dem Mischer M 1 über seinen Trägersignaleingang zur Frequenz­ umsetzung zugeführt. Mit Hilfe von Prüfzeilen, die im Trägerfrequenzsignal enthalten sind, wird der Phasen­ schieber PS so eingestellt, daß am Ausgang des Mischers ein optimales Trägerfrequenzsignal bzw. Videosignal abgegeben wird. Der Träger-Oszillator schwingt dann mit der richtigen Frequenz und Phasenlage und die Phase zwischen dem Trägersignal TS und dem im Trägerfrequenzsignal vorhandenen Träger beträgt dann an den Eingängen des Mo­ dulators M 2 exakt 90 Grad.

Der in Fig. 2 dargestellte aktive Modulator enthält einen aus zwei Transistoren Tr 1 und Tr 2 bestehenden Differenzverstärker mit einer aus einem dritten Tran­ sistor Tr 3 bestehenden Stromquelle. Der Emitter des dritten Transistors Tr 3 ist über seinen Emitterwider­ stand RE 3 an ein negatives Potential -U angeschaltet. Die Basis des dritten Transistors Tr 3 ist über einen Koppelkondensator C 1 an einen Eingang E 3 angeschlossen. Der Kollektor des dritten Transistors ist mit den zu­ sammengeschalteten Emittern der Transistoren Tr 1 und Tr 2 verbunden. Die Basis des ersten Tansistors ist mit E 1 bezeichnet, der Kollektor mit A 1. Der Kollektor ist über einen Kollektorwiderstand RC 1 an ein positives Potential +U angeschlossen. Parallel zu diesem Kollektorwider­ stand liegt ein erster Siebkondensator CC 1. Entsprechend ist der Kollektor des zweiten Transistors Tr 2 über einen zweiten Kollektorwiderstand RC 2 und einem zweiten Sieb­ kondensator CC 2 ebenfalls an das positive Potential +U angeschaltet. Die Basis und der Kollektor des zweiten Transistors sind mit E 2 bzw. A 2 bezeichnet. Unwichtige Details der Schaltung, wie Spannungsteiler zur Fest­ legung der Arbeitspunkte, sind in diesem Prinzipschalt­ bild weggelassen, um eine bessere Übersichtlichkeit zu gewährleisten. Die Kollektorwiderstände müssen exakt gleich sein, oder es muß eine Abgleichmöglichkeit vor­ gesehen werden.

An den Eingängen E 1 und E 2 des Differenzverstärkers liegen gegenpolige Signale an, die vom Phasenschieber PS geliefert werden. Die Transistoren Tr 1, Tr 2 des Differenz­ verstärkers sind daher wechselweise gesperrt oder völlig durchgeschaltet. Das Trägerfrequenzsignal liegt am Ein­ gang E 3 an und steuert somit über den Transistor Tr 3 die Amplitude der an den Ausgängen A 1 und A 2 abge­ gebenen Signale. Durch die Siebkondensatoren CC 1 und CC 2 werden höherfrequente Modulationsprodukte bereits weg­ gefiltert.

Als Filter ist ein Integrator (Fig. 3) vorgesehen, der mit einem Operationsverstärker OP realisiert ist. Ein erster Eingang E 4 ist über einen ersten Widerstand R 1 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden. Der Ausgang A 3 des Operationsverstärkers ist über einen Integrationskondensator C 2 auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt. Parallel zu diesem Kondensator liegt die Reihenschaltung eines hochohmigen Widerstandes R 3 und eines dritten Kondensators C 3. Der nichtinver­ tierende Eingang des Operationsverstärkers ist über einen zweiten Widerstand R 2 mit einem zweiten Eingang E 5 des Integrators verbunden. Die beiden Eingänge sind an die beiden Ausgänge A 1 und A 2 des Modulators M 2 ange­ schlossen.

Die am Ausgang A 3 des Integrators anliegende Spannung steuert den Träger-Oszillator OS. Fällt das Trägerfre­ quenzsignal aus, so wird sich die Ausgangsspannung des Integrators ändern. Die Reihenschaltung des dritten Widerstandes R 3 und des dritten Kondensators C 3 sorgt dafür, daß eine Änderung nur extrem langsam erfolgen kann. Als Dimensionsierungsbeispiel weisen die Wider­ stände R 1 und R 2 jeweils 100 kΩ auf, der Integrations­ kondensator C 2 beträgt 200 pF und die Reihenschaltung R 3, C 3 weist 1,8 MΩ und 0,1 µF auf.

Der Phasenschieber PS ist ebenfalls mit Hilfe eines Differenzverstärkers realisiert. Dieser enthält die Transistoren Tr 4, Tr 5, deren Emitter zusammengeschaltet sind und über eine Konstantstromquelle K an das negative Potential -U angeschaltet sind. Die Basisanschlüsse der Transistoren Tr 4 und Tr 5 bilden die Verstärkereingänge und sind mit E 6 bzw. E 7 bezeichnet, die Kollektorwiderstände mit RC 4 und RC 5, die Kollektoranschlüsse mit A 4 und A 5. Der Signaleingang des Phasenschiebers ist mit E 8 be­ zeichnet. Dieser Eingang ist über einen vierten Wider­ stand R 4 mit dem Basisanschluß E 6 des vierten Transistors Tr 4 verbunden. Ein einstellbarer vierter Kondensator C 4 ist vom Basisanschluß E 6 nach Masse geschaltet. Der Signaleingang E 8 ist außerdem über einen ohmschen Spannungsteiler R 5, R 6 an den Basisanschluß E 7 des fünften Transistors Tr 5 angeschlossen. Der Widerstand R 6 ist durch einen sechsten Kondensator C 6, der allein der Gleichstromentkopplung dient, an Masse angeschaltet.

Durch das am Signaleingang E 8 anliegende sinusförmige Trägersignal werden die Transistoren Tr 4 und Tr 5 durch­ geschaltet und gesperrt. Durch die unterschiedlich aufgebauten Basisspannungsteiler ergibt sich zwischen den Basisanschlüssen E 6 und E 6 stets eine konstante Spannung, die durch Variieren der Größe des vierten Kondensators C 4 in weiten Bereichen (max. 0-180 Grad) in der Phasenlage geändert werden kann. Die Transistoren Tr 4 und Tr 5 werden so stark durchgesteuert, daß an den Ausgängen A 4 und A 5 eine Rechteckspannung entsteht. Es ist nicht notwendig, die Grundwelle herauszufiltern. Die Kollektoranschlüsse A 4 und A 5 können direkt mit den Eingängen E 1 und E 2 des Modulators verbunden werden.

Der Träger-Oszillator OS (Fig. 5) bietet keine großen Be­ sonderheiten. Er besteht aus einem Transistor Tr 6, der in Kollektorschaltung betrieben wird. Der Kollektor ist direkt an das positive Potential +U angeschaltet, während der Emitter über einen neunten Widerstand R 9 an Masse geschaltet ist. Der Emitter bildet gleichzeitig den Aus­ gang A 6 der Schaltung. Der Schwingkreis besteht aus einem Quarz Q mit einem in Reihe liegenden Ziehkonden­ sator CQ und zwei weiteren Kondensatoren C 9 und C 10, die zu der Anordnung von Quarz und Ziehkondensatoren parallel geschaltet sind. Der Verbindungspunkt der Kon­ densatoren C 9 und C 10 ist mit dem Emitter des Transistors Tr 6 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C 9 ist mit der Basis des Transistors verbunden, der zweite Anschluß des Kondensators C 10 ist ebenfalls an Masse geschaltet. Diese Schaltungsanordnung stellt somit einen Colpitts-Oszillator dar. Die Frequenzänderung erfolgt durch eine Kapazitätsdiode DC, die über einen Koppel­ kondensator C 7 parallel zum Ziehkondensator CQ liegt. Die Kapazitätsänderung erfolgt über eine Gleichspannung, die über einen neunten Eingang E 9 und einen ohmschen Spannungsteiler R 7, R 8 an die Kapazitätsdiode DC ange­ legt wird. Durch Änderung der Diodenkapazität erfolgt eine Änderung der Oszillatorfrequenz. Der Eingang E 9 kann direkt an den Ausgang A 3 des Integrators angeschal­ tet werden. Die Grundwelle des Quarzes wird durch den Serienschwingkreis L 0, C 0 der parallel zu C 10 liegt, unter­ drückt. Der Oszillator schwingt mit der dreifachen Grund­ welle.

In Fig. 6 ist ein Spannungsbegrenzer dargestellt, dessen Ausgang A 7 an den Ausgang des Integrators angeschlossen wird. Der Spannungsbegrenzer enthält zwei in Serie ge­ schaltete komplementäre Transistoren Tr 7 und Tr 8. Der Emitter des pnp-Transistors Tr 7 ist über einen Wider­ stand R 10 an das positive Potential +U angeschlossen, der Kollektor ist mit dem Kollektor des npn-Transistors Tr 8 verbunden, dessen Emitter über einen elften Wider­ stand R 11 an das negative Potential -U angeschaltet ist. Der Emitter des siebten Transistors Tr 7 ist über die Reihen­ schaltung zweier Widerstände R 12 und R 13 mit dem Ausgang A 7 verbunden; ebenso ist der Emitter des achten Transistors Tr 8 über die Reihenschaltung von zwei Widerständen R 14 und R 15 mit dem Ausgang A 7 verbunden. Parallel zum Wider­ stand R 13 liegt eine erste Diode D 1, deren Anode an A 7 an­ geschlossen ist, und parallel zum Widerstand R 15 eine zweite Diode D 2 , deren Kathode an A 7 liegt. Die Basis des Tran­ sistors Tr 7 ist mit einer ersten Vergleichsspannung UB 1, die Basis des achten Transistors Tr 8 mit einer zweiten Ver­ gleichsspannung UB 2 verbunden. Der Anschlußpunkt A 8 ist mit dem Ausgang A 2 des Integrators verbunden. Bewegt sich die Spannung am Ausgang des Integrators, d. h. am An­ schlußpunkt A 7 innerhalb eines zugelassenen Bereichs, so sind die Transistoren gesperrt und der Begrenzer hat, da die Widerstände R 13 und R 15 hochohmig sind, praktisch keinen Einfluß. Erst wenn die Ausgangsspannung von ihrem Sollbe­ reich abweicht, wird einer der Transistoren Tr 7 oder Tr 8 leitend und begrenzt den Ausgangsspannungsbereich des Inte­ grators. Damit ist dafür gesorgt, daß die Frequenz des Träger-Oszillators bei Ausfall des Trägerfrequenzsignals nicht allzuweit von ihrer Sollage abweicht.

Es sind natürlich auch einfachere Begrenzerschaltungen einsetzbar. Diese Begrenzerschaltung macht sich bei Normal­ betrieb nicht bemerkbar, und es erfolgt ein sanfter Be­ grenzereinsatz.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Trägerrückgewinnung bei trägerfre­ quenten Video- oder Datenübertragungssystemen mit Restseiten­ bandmodulation, bei der mit einem Trägerfrequenzsignal (TF) ein in Phase und Amplitude definierter Trägerrest übertragen wird und trägernahe Frequenzen stark gedämpft sind, und mit einem Mi­ scher (M 1), dem außer dem Trägerfrequenzsignal (TF) ein Träger­ signal (TS) zugeführt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Trägerfrequenzsignal (TF) einem Modulator (M 2) zugeführt ist, dessen Ausgang über ein Filter (F 1) mit dem Steuereingang eines steuerbaren Träger-Oszillators (OS) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Trägersignaleingang des Mischers (M 1) und mit dem Eingang eines Phasenschiebers (PS) verbunden ist, der an seinem Ausgang ein gegenüber dem Träger des Trägerfrequenzsi­ gnals (TF) um 90 Grad phasenverschobenes Trägersignal (TS) abgibt, das einem zweiten Eingang des Modulators (M 2) zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Modulator (M 2) ein Differenzverstärker mit zwei Tran­ sistoren (Tr 1, Tr 2) vorgesehen ist, deren Kollektorwiderständen (RC 1, RC 2) Siebkondensatoren (CC 1, CC 2) parallelgeschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter (F 1) ein mit einem Operationsverstärker (OP) rea­ lisierter Integrator vorgegeben ist, dessen Integrationskonden­ sator (C 2) eine Serienschaltung eines Widerstandes (R 3) und ei­ nes dritten Kondensators (C 3), die eine große Zeitkonstante auf­ weist, parallelgeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (PS) einen weiteren Differenzverstärker (Tr 4, Tr 5) enthält, dessen einem Verstärkereingang (E 7) das Ein­ gangssignal über einen ohmschen Spannungsteiler (R 5, R 6) zuge­ führt ist und dessen anderem Verstärkereingang (E 6) das Ein­ gangssignal über einen aus einem ohmschen Widerstand (R 4) und einem einstellbaren Kondensator (C 4) bestehenden Spannungs­ teiler zugeführt ist.