DE3437378C2

DE3437378C2 - Audio-Empfänger mit symmetrischem Basisband

Info

Publication number: DE3437378C2
Application number: DE3437378A
Authority: DE
Inventors: William L. Grass Valley Calif. Rorden
Original assignee: Grass Valley Group Inc
Current assignee: Grass Valley Group Inc
Priority date: 1983-10-12
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CA1205880A; GB8425683D0; US4525677A; GB2149604B; DE3437378A1; GB2149604A; JPS6096908A

Abstract

Es wird ein Differentialeingangsempfänger mit symmetrischen Eingängen für normale und Gleichtaktimpedanz und mit einem Gleichtaktunterdrückungsverhältnis von annähernd unendlich vorgestellt. Der Empfänger erhält einen Differenzeingangsoperationsverstärker, über den ein invertierender Verstärker fester Verstärkung angeschlossen ist. Der invertierende Verstärker fester Verstärkung ist in einer Rückkopplungsanordnung über den Differenzeingangsverstärker geschaltet. Zusätzlich sind die Werte und Verhältnisse der unterschiedlichen Widerstände so ausgewählt, daß die Symmetrie des Diffenzeingangs und eine Gleichtaktverstärkung von annähernd Null des Empfängers erreicht wird.

Description

R₅ = A₆ = 2(1 + n)R₂
und

A| ⁼ Λ} — flR₂

Die Erfindung betrifft einen Audio-Empfänger mit symmetrischem Basisband gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein typisches Verfahren zur Informationsübertragung verwendet ein symmetrisches Leitungspaar. Das Leitungspaar wird durch einen Generator angeregt, der ein komplementäres oder phasenverschobenes Signal an jede der Leitungen anlegt. Diese Signale werden als Differenzsignale oder DifferenztaktsignaW bezeichnet. Ein derartiges System wird typischerweise bei Telefonsystemen verwendet.

Elektrostatisch oder magnetisch dem Zweileitersystem aufgeprägte Signale erzeugen auf jeder der beiden Leitungen ein Signal, welche phasengleich miteinandersind. Diese Signale werden als Gleichtaktsignale bezeichnet.

Es besteht daher das Problem in einem Empfangsgerät, zwischen den Differenzsignalen und den unerwünschten Gleichtaktsignalen zu differenzieren. Die Fähigkeit eines bestimmten Bauteiles, beispielsweise eines Verstärkers, in dem System die Gleichtaktstörungen zu ignorieren, wird als Gleichtaktunterdrückung bezeichnet. Gleichtaktunterdrückung ist definiert als das Verhältnis von Differenzverstärkung zur Gleichtaktverstärkung. Zusätzlich zu einem hohen Gleichtaktunterdrückungsverhältnis ist eine symmetrische Eingangsimpedanz für sowohl die Differenz- als auch die Gleichtaktsignale erwünscht (also eine äquivalente Impedanz gegenüber Masse von jedem Anschluß des Differenzeingangsanschlusses). Die klassische einzelne Operationsverstärkerschaltung zeigt diese unerwünschte Unsymmetrie-Eigenschaft. Frühere Lösungen des Problems waren nichtrückgekoppelte Verstärker mit offener Schleife und Transformatoren, welche beide kostenaufwendig sind und, im Falle von Transformatoren, nicht bei Signalen geringer Frequenz und Gleichstrom arbeiten. Darüber hinaus wurden Schaltkreise mit drei oder mehr Operationsverstärkern und Spannungsteilern vorgeschlagen. Diese Schaltungen beseitigen die phasengleichen Gleichtaktstörungen innerhalb der Genauigkeit, der die Spannungsteiler angepaßt sind. Die normalen oder Differenzspannungen werden an die nächste Schaltkreisstufe weitergegeben. Derartige Schaltkreise wurden üblicherweise als Leitungsempfänger und in unteren Frequenzbereichen verwendet. Derartige Schaltkreise weisen jedoch das Problem auf, daß die Eingangsimpedanzen für Differenzsignale an den beiden Eingangsanschlüssen nicht symmetrisch sind. Versuche, die erwünschte Gleichtaktunterdrückung beizubehalten und die Impedanzen an den beiden Signaleingangsanschlüssen zu symmetrisieren, erhöhten die Komplexität des Schaltkreises. Insbesondere waren zumindest drei Operationsverstärker erforderlich, um die genannten erwünschten Eigenschaften zu erzielen. Die Erfindung steht daher unter der Aufgabe, durch Verbesserung der bekannten Schaltkreisanordnungen die genannten Ziele mit weniger Aufwand zu errei-

Aus der DE-OS 28 56 044 ist es zwar für unsymmetrische Übertragungswege bekannt, den Ausgang eines als nicht invertierenden Verstärker geschalteten Differenzverstärkers im Signalweg mittels eines weiteren als invertierenden Verstärker geschalteten Differenzverstärker gegenzukoppeln. Diese Maßnahme dient vorrangig der

Unterdrückung von Schwingungen. Auch ist die Gegenkopplungsschleife zwangsläufig anders aufgebaut als bei symmetrischen Übertragungswegen. Der Ausgang des Differenzverstärkers im Signalweg ist zwar über einen einzigen Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Gegen.kopplungsdifferenzverstärkers verbunden, dessen Ausgang ist jedoch mit dem einen Eingang des Signalwtgdifferenzverstärkers über lediglich einen Widerstand angeschlossen.

Die US-PS 42 22 012 beschreibt eine Verstärkeranordnung, die im Signalweg einen Differenzverstärker verwendet, dessen Ausgang über einen weiteren Differenzverstärker rückgekoppelt ist, wobei ein Widerstand zwischen die Eingangsklemme und Erde geschaltet ist. Bei dieser Schaltungsanordnung soll das thermische Rauschen wesentlich verringert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Audio-Empfänger anzugeben, bei dem mit geringem Aufwand die unerwünschten Gleichtaktsignale praktisch vollkommen unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Audio-Empfänger mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Gemäß der Erfindung sind zwei Operationsverstärker vorgesehen, ein Differenzeingangsverstärker und ein invertierender Verstärker mit fester Verstärkung, die so miteinander verschaltet sind, daß ein Differenzeingang symmetrischer Impedanz und eine Gleichtaktverstärkung von im wesentlichen Null erreicht wird (also ein im wesentlichen unendliches Gleichtaktunterdrückungsverhältnis).

Der Differentialeingangsverstärker stellt den Vorwärtssignalpfad bereit, wobei das Verhältnis der Widerstandswerte so ausgesucht ist, daß eine Gleichtaktverstärkung von im wesentlichen Null erreicht wird. Zum Symmetrieren der Impedanzen des Differenzeingangs wird der invertierende Verstärker mit fester Verstärkung zur Bereitstellung eines Rückkopplungspfades verwendet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele niöer erläutert, aus denen weitere Merkmale und Vorteile hervorgehen.

Die Fig. zeigt ein Blockdiagramm der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der F i g. sind ein Verstärker 10 mit Differenzeingang und ein hierüber rückgekoppelt geschalteter invertierender Verstärker 22 mit fester Verstärkung dargestellt.

Verstärker 10 umfaßt einen Operationsverstärker 12, an dessin invertierende und nicht-invertierende Eingangsanschlüsse jeweils ein Anschluß von Widerständen 14 bzw. 16 angeschlossen ist. Die anderen Anschlüsse dieser Widerstände stellen die Differenzeingangsanschlüsse des Verstärkers 10, T_x und T₂, dar. Weiterhin ist ein Rückkopplungswiderstand 18 zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und den positiven Ausgangsan-Schluß des Operationsverstärkers 12 geschaltet, und ein Widerstand 20 verbindet den nicht-invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 12 mit Masse. Der positive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 12 bildet den Ausgangsanschluß T₃ des Verstärkers 10. Der invertierende Verstärker 22 mit fester Verstärkung umfaßt einen Operationsverstärker 24, dessen nicht-invertierender Eingangsanschluß mit Masse verbunden ist. Weiterhin umfaßt der Verstärker 22 einen- Rückkopplungswiderstand 26, der zwischen dem invertierenden Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 24 angeschlossen ist, einen Eingangswiderstand 28, dessen einer Anschluß mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 24 verbunden ist und dessen anderer Anschluß den Eingangsanschiuß T₄ des Verstärkers 22 darstellt, und ein Paar von Ausgangswiderständen 30 und 32, deren jeweils einer Anschluß mit dem positiven Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 24 verbunden ist. Die jeweils anderen Anschlüsse der Widerstände 30 und 32 bUden die Ausgangsanschlüsse T_x bzw. T₂, des Verstärkers 22.

Die Verstärker 10 und 22 sind so miteinander verschaltet, daß der Ausgangsanschluß T₃ des Verstärkers 10 mit dem Eingangsanschluß 7i des Verstärkers 22 verbunden ist und die Ausgangsanschlüsse T_x und T₂, des Verstärkers 22 mit den Anschlüssen T_x und T₂ des Verstärkers 10. Insgesamt sind daher T_x und T₂ die Differenzeingangsanschlüsse und der Ausgangsanschluß wird durch T₃ gebildet.

Um für sämtliche Signale einen symmetrischen Empfänger zu erhalten und um ein Gleichtiktunterdrükkungsverhältnis zu erreichen, dart annähernd unendlich ist, ist der Verstärker 22 in einer Rückkopplungsanordnung mit dem Verstärker 10 verschaltet und die Werte der jeweiligen Widerstände sind zur Erreichung dieses Zieles wie nachstehend beschrieben ausgewählt.

Die erste Stufe der Analyse ist eine Betrachtung des Verstärkers 10 unabhängig vom Verstärker 22. Zunächst soll die Verstärkung zwischen den Eingangsanschlüssen T_x und T₂ und dem Ausgangsanschluß untersucht werden. Diese Verstärkungen sind:

(D T₂ geerdet

Δ = ¹ ν — lt\

n₂ —— λ \ί)

1 + π π η

T_x geerdet _ω

Die Gleichtaktverstärkung eines Operationsverstärkers wie Verstärker 10 ist definiert als:

A_cm_ = A_x + A₂ (3)

und die normale oder Differenzverstärkung ist:

A. = (4)

J / J/ö

Durch Einsetzen der Ergebnisse der Gleichungen (1) und (2) in Gleichungen (3) und (4) erhalten wir:

A,,„ = — + —= 0 (5)

η η s und

„ '(zi__L)-zi (6)

2 ν η η J η

wobei v,„ - Kr₁ - V_T, ist.
Darüber hinaus sind die Eingangsimpedanzen bei T₁ und T₂:

Z_x = «Ä, (7)

und

.»ο Durch Umwandlung der impedanzen Z\ und Z₂ in Leitwerte emyiicM wir:

K, = —1- (9)

n/?i

η = !(ίο

Als nächstes betrachten wird die Wirkung der Verschaltung der Anschlüsse 7Ί und T₂ mit T] und 7"ί; die Verstärkung und die Gleichtaktsymmetrie des Verstärkers 10 bleife.· unverändert. Setzt man nun

Ä, = Ä, und A₅ = Rt, (H)

(12)

	so sieht	und	/„	man,	daß	Vr (l - -)
35		V	/vi A;
	Ir.

-JO	*_ ν*

R R ⁽¹³⁾

45 wobei

v, = -V₀ (i.e. R₅ = /?,,). (14)

Aus diesen Stromwerten ersehen wir, daß die kombinierten Eingangsleitwerte bei T_x und T₂ sich ergeben als

γ- = _i_ + fi -±) -L <15)

nR\ \ η J Ri

und

J- (16)

wobei R_} = R₄.

Die Hinzufugung von A₃ und /?₄ fuhrt nicht zu einer Unsymmetrie der Gleichtakteingangsimpedanz.
Als nächstes soll R}/R\ berechnet werden für

Y\ = Y₂. (17)

Die Gleichsetzung der Eingangsleitwerte des Systems ist erforderlich zur Erzielung von Symmetrie im Differenzbetrieb. Durch Einsetzen in Gleichung (17) erhalten wir:

C

1

η -

\

1

■■)

1

ι

(I

1

V

1

-)

34

37

378

1

C

η

η))

-)

Ri

R:

«j

/ 2

+ η)Λ,

n+1 ^

I

η/? ι

f.

1+η

1

V η

/ /Ι+Ι

η J

1

/ι(1 -+

1-

η

V η

-1 \

Ä|

1

- η

)

-

+ 1-/1

+ κ

η J

1

η(1 +

η)

η

«ι

1

Λ,

(18)

(19) 5 (20)

(21)
(22)

Λ'ΐ

für R₁ = R₂ und R, = R₄.

Im Ergebnis ergeben sich folgende Bedingungen für die in der Fig. dargestellte voranstehend analysierte Schaltung für eine Gleichtaktverstärkung von Null und symmetrische Eingangsimpedanz:

20

R₁ = A₂, R_} = R₄, Λ, = R„ und

(23) Ri = 2(1 + n) R₁.

Eine derartige Schaltung wurde zusammengebaut und ihre Betriebsweise erfolgreich mit den folgenden Parameterwerten gezeigt:

R₁ = R₂ = \QK

η = 4

n/f, = nR₂ = 40 Ä"

R) = R₄ = \00K.

Λ₅=Λ₆= 10Λ".

Während die voranstehende Betrachtung auf der Basis der Tatsache durchgeführt wurde, daß das Verhältnis der Werte von R₁ und R₂ bzw. A₃ und A₄ bzw. A₅ und R_b gleich eins war, hätte es ebenfalls für andere Verhältnisse dieser Werte durchgeführt werden können.

Wäre das Verhältnis von R_s zu A₆ anders als eins, so ergäbe sich eine Verstärkung des Verstärkers 22 ungleich eins mit dem Ergebnis, daß

V| = -kvo (24)

45

Hierdurch würde einfach der konstante Wert k zu den Gleichungen 12 bis 23 addiert. Im Bezug auf das Ver- ||

hältnis von Ä| zu R₇ bzw. /?₃ zu Λ₄ ist ein Verhältnis von eins ausgewählt worden, um die gewünschte Gleichtakt- g

symmetrie aufrecht zu erhalten. Wird jedoch eine bestimmte Unsymmetrie gewünscht, kann eine allgemeine ^

Lösung mitteis Variation dieser Verhältnisse gefunden werden, es wird aber angenommen, daß eine derartige g

Schaltung von begrenztem praktischen Wert wäre. 50 |j

Voranstehend ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden, es ist jedoch einem Fachmann auf diesem Gebiet offenbar, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem weiteren Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Patentansprüche sollen daher alle derartigen Modifikationen und Änderungen einschließen, die innerhalb der allgemeinen technischen Lehre und dem Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Audio-Empfanger für ein symmetrisches Basisband mit einem Differenzeingangsverstärker der einen ersten Operationsverstärker mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang und einem nicht-invertierenden Ausgang aufweist, welch letzterer der Ausgang des Empfängers ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Widerstand (14) zwischen den einen Eingang (Γι) des Empfängers und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (12) geschaltet ist, daß ein zweiter Widerstand (18) den Ausgang (.T₃) des Operationsverstärkers (12) mit seinem invertierenden Eingang rückkoppelt, daß ein dritter Widerstand (16) mit dem zweiten Eingang (.T₂) des Empfängers und dem nicht-invertierenden Eingang des

!0 Operationsverstärkers (12) liegt, daß ein vierter Widerstand (20) zwischen den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (12) und Masse geschaltet ist, wobei das Verhältnis der Widerstandswerte des ersten (14) und zweiten Widerstandes (18) gleich dem Verhältnis der Widerstandswerte des dritten (16) und vierten Widerstandes (20) ist, und daß ein invertierender Verstärker (22) mit konstanter Verstärkung vorgesehen ist, der einen zweiten Operationsverstärker (24) aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (12) verbunden ist und dessen Ausgang über einen fünften und einen sechsten Widerstand (30, 32) mit dem einen bzw. anderen Eingang (Γ,, T₂) verbunden ist.

2. Audio-Empfänger nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des fünften und sechsten Widerstandes (30, 32) gleich ist.

3. Audio-Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des zweiten Operationsverstärkers (24) minus Eins ist.

4. Autjifl-Empfanger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Widerstandswerte des ersten zum zweiten Widerstand (14,18) und des dritten zum vierten Widersland (16, 20) gleich η ist und daß, wenn der zweite und vierte Widerstand (18,20) gleich sind, die Widerstandswerte des fünften und sechsten Widerstandes (30,32) und des ersten und dritten Widerstandes (14,16) bestimmt wird durch die Gleichungen