DE3613994A1 - Schaltungsanordnung zum demodulieren frequenzmodulierter signale - Google Patents
Schaltungsanordnung zum demodulieren frequenzmodulierter signaleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum
Demodulieren frequenzmodulierter Signale mit zwei
Signalverarbeitungskanälen mit wenigstens je einem Eingang,
an welchem das zu demodulierenden frequenzmodulierte Signal
anliegt, und von welchen Signalverarbeitungskanälen jeder
eine Serienschaltung einer Multiplizierschaltung und einer
Tiefpaßschaltung aufweist, sowie zwei Differenzierschaltungen,
von welchen je eine an jeweils einen Ausgang eines
Signalverarbeitungskanales angeschlossen ist, und zwei weitere
Multiplizierschaltungen, bei welchen jeweils ein Eingang an den
Ausgang eines Signalverarbeitungskanales und ein jeweils weiterer
Eingang an den Ausgang der mit dem anderen Signalverarbeitungskanal
verbundenen Differenzierschaltung angeschlossen ist und deren
Ausgänge mit den Eingängen einer Signalverknüpfungsschaltung
verbunden sind.
Eine solche Schaltungsanordnung wurde z. B. durch die GB-PS 15 30 602
bekannt. Bei dieser bekannten Schaltung sind Differenzierschaltungen
mit fester Zeitkonstante vorgesehen, wobei die mit diesen verbundenen
Multiplizierschaltungen ausgangsseitig mit einer Subtrahierschaltung
verbunden sind, die durch einen Differenzverstärker gebildet ist.
Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung liegen an dem einen
Eingang die beiden Multiplizierschaltungen der
Signalverarbeitungskanäle das Eingangssignal und an deren
anderen Eingängen ein Trägerfrequenzsignal an. Am Ausgang dieser
bekannten Schaltung wird ein Signal erhalten, dessen Spannung
proportional der Frequenzabweichung ist. Allerdings ist dabei
ein streng symmetrischer Aufbau der Signalverarbeitungskanäle
und der an diese angeschlossenen Differenzier- und Multiplizier-
Schaltungen erforderlich, um gleiche Amplituden der
Ausgangssignale der beiden Signalverarbeitungskanäle zu gewährleisten.
Dies erfordert aber einen entsprechend hohen Aufwand
beim Aufbau einer solchen Schaltung. Bei dieser bekannten
Schaltungsanordung, die für Sprachübertragung vorgesehen ist,
sind die Verstärker der Signalverarbeitungskanäle unabhängig
voneinander steuerbar. Tritt am Kanaleingang ein Signal mit der
Kanalmittenfrequenz und ungünstiger Phasenlage auf, dann ist Sinus
von null gleich null, Cosinus von null gleich 1, d. h. die Verstärker
verstärken mit stark unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren, wobei
bei dem einem die Verstärkung auf eins und beim anderen auf ein
Maximum gestellt wird. Die bekannte Schaltungsanordnung hat also
extrem unterschiedliche Verstärkungsfaktoren für den Fall, daß
Signalanteile in der Nähe von der Kanalmittenfrequenz vorliegen,
wodurch am Ausgang der Schaltung dynamische Probleme auftreten.
Diese spielen bei einer Sprachübertragung keine so besondere Rolle,
da bei dieser eine Frequenzbegrenzung nach unten vorgesehen ist,
wobei das Auftreten von Signalanteilen bei der Kanalmittenfrequenz
verhindert wird.
Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltunganordnung der eingangs
erwähnten Art vorzugschlagen, die sich auch für die Übertragung von
Daten eignet und bei der auch bei Vorliegen von Signalanteilen
in der Nähe von der Kanalmittenfrequenz am Eingang keine Verzerrungen
oder sonstige dynamische Probleme auftreten.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Steuereingänge
der Verstärker (5, 6) mit einer gemeinsamen Steuerschaltung,
vorzugsweise einem Amplitudenregler (14) verbunden sind. Durch
diese Maßnahme wird sichergestellt, daß die Verstärker gemeinsam
geregelt werden, wodurch auch die Summe der Quadrate der Ausgangssignale
der Verstärker geregelt wird, sodaß auch dann, wenn bei
dem einen Verstärker das Eingangssignal gegen Null geht, die
Verstärkung nicht höher gestellt wird als notwendig.
Um trotz eines einfachen Aufbaues der Schaltungsanordnung eine
kontinuierliche Abstimmung der Schaltungsanordnung auf
Übertragungsparameter des gesendeten Signals durch extern
zugeführte harmonische Signale zu ermöglichen, kann weiters
vorgesehen sein, daß jede Differenzierschaltung mit einstellbarer
Zeitkonstante ausgebildet ist, wobei die Einstellung der
Zeitkonstante, vorzugsweise über an einen Steuereingang der
Differenzierschaltungen anliegende Steuersignale erfolgt, wobei
die Signalverknüpfungsschaltung durch eine Summierschaltung
gebildet ist.
Die Möglichkeit der Abstimmung des Empfängers auf eine beliebige
Trägerfrequenz wird durch die Multiplikation des empfangenen
Signales mit extern zugeführten Signalen erreicht. Es treten
dabei Signalanteile mit der Summen- und der Differenzfrequenz
aus Eingangssignalen und extern zugeführten Multiplikationssignalen
auf. Da nur der Differenzfrequenzanteil mit relativ niedrigen
Differenzfrequenzen demoduliert wird, ist auf diese Weise einfach
durch Änderung der Frequenz des extern zugeführten
Multiplikationssignales die kontinuierliche Abstimmung realisierbar.
Dabei wird zur Gewinnung des Modulationssignals jeder
niederfrequentere Signalanteil für sich differenziert und dann
jeweils der eine Signalanteil mit dem differenzierten anderen
Signalanteil multipliziert und die beiden Multiplikationsergebnisse
unter Bildung des Modulationssignales addiert. Durch die
einstellbare Zeitkonstante kann eine optimale Anpassung zum
Zwecke einer konstanten Amplitude des Summensignals erreicht
werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein,
daß jede Tiefpaßfilterschaltung mit einstellbarer Grenzfrequenz
ausgebildet ist, wobei die Einstellung der Grenzfrequenz
vorzugsweise über an einen Steuereingang der Tiefpaßfilterschaltung
anliegende Steuersignale erfolgt. Durch diese Maßnahme ist es
möglich, die Bandbreite der Tiefpaßfilterschaltungen einstellen
zu können, wodurch eine entsprechende Anpassung an verschiedene
Übertragungsgeschwindigkeiten möglich wird.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zur Demodulation frequenzmodulierter Signale kann
dadurch gekennzeichnet sein, daß für die Demodulation digitaler
Signale an den Ausgang der Summierschaltung ein Eingang einer
Komparatorschaltung angeschlossen ist, bei welcher an einem
zweiten Eingang eine Referenzspannung anliegt und an deren Ausgang
ein dem digitalen Modulationssignal entsprechendes Digitalsignal
abgreifbar ist. Hierdurch ist es im Gegensatz zu herkömmlichen
Demodulationsschaltungen möglich, digital modulierte Signale zu
demodulieren, ohne daß der Frequenzhub des Frequenzumtastsignals
(FSK Signal) bei der Demodulationsschaltung berücksichtigt werden
muß, oder einen Einfluß auf das Ausgangssignal ausübt.
Im folgenden ist die Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnung
beispielsweise beschrieben, welche das Blockschaltbild einer
erfindungsgemäßen Empfängerschaltung zum Empfang freqzuenzmodulierter
Signale zeigt.
Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbild weist
die erfindungsgemäße Empfängerschaltung zunächst zwei, zueinander
parallel angeordnete Signalkanäle (100) bzw. (200) auf. Jeder
dieser Signalkanäle (100) und (200) umfaßt in Hintereinanderschaltung
eine erste Multiplizierschaltung (1) bzw. (2), eine
Tiefpaßfilterschaltung (3) bzw. (4) und einen Regelverstärker
(5) bzw. (6). Das Empfangssignal (U EE ) liegt an den einen
Eingängen der beiden ersten Mulitplizierschaltungen (1) bzw. (2)
an, an deren zweiten Eingängen jeweils Signale (S 1) bzw. (S 2)
anliegen; diese Eingänge können z. B. dann entfallen, wenn die
an ihnen anliegenden harmonischen Schwingungen (S 1) und (S 2)
in den ersten Multiplizierschaltungen (1, 2) selbst erzeugt werden.
Am Ausgang der ersten Multiplizierschaltung (1) ist das Signal
(U B1) am Ausgang der ersten Multiplizierschaltung (2) das Signal
(U B2) abgreifbar. Das Signal (U B1) liegt über die Tiefpaßfilterschaltung
(3) am Signaleingang des Regelverstärkers (5), das
Signal (U B2) über die Tiefpaßfilterschaltung (4) am Signaleingang
des Regelverstärkers (6) an. An den Verstärkerausgängen, also
den Ausgängen der Signalkanäle sind die Signale (U B1″) bzw.
(U B2″) abgreifbar, welche einerseits an den einen Eingängen
zweier zweiter Multiplizierschaltungen (9) bzw. (10) direkt
anliegen (U B1″, U B2″) und andererseits über zwei Differenzier-
Schaltungen (7) bzw. (8) der jeweils anderen zweiten
Multiplizierschaltung (9) bzw. (10) zugeführt werden (U B1, U B2).
An den Regeleingängen der regelbaren Verstärker (5, 6) liegt
das Ausgangssignal (U R ) einer Amplitudenregelschaltung (14)
an, deren Eingängen die Ausgangssignale (U B1″, U B2″) der beiden
Verstärkerschaltungen (5, 6) zugeführt werden.
In den beiden zweiten Multiplizierschaltungen (9, 10) werden die
dort jeweils anliegenden Signale (U B1″ und U D2 bzw. U B2″ und U D1)
miteinander multipliziert. Die an den Ausgängen dieser
Multiplizierschaltungen abgreifbaren Signale (U S1, U S2) werden
in einer Summierschaltung (11) zu einem Summensignal (U S ) addiert
und liegen an einem Eingang einer Komparatorschaltung (12) an,
an derem zweiten Eingang das Ausgangssignal (U Ref. ) einer
Referenzspannungsquelle (13) anliegt. Am Ausgang der
Komparatorschaltung (12) ist das digitale Ausgangssignal (U AE )
der Empfängerschaltung abgreifbar.
Zur Beschreibung der Funktion der erfindungsgemäßen
Empfängerschaltung werden im folgenden die mathematischen
Zusammenhänge der verschiedenen im Empfänger erzeugten Signale
angegeben.
Am Eingang des Empfängers liegt das Signal (U EE ) an, für das
die Zeitfunktion entsprechend der Gleichung (I) wie folgt
angegeben werden kann:
dabei stellt A die Amplitude, U E (t) das Modulationssignal
dar, ω k ist die Trägerfrequenz, ω H eine Modulationskonstante.
Für den speziellen Fall der Wechselstromtelegraphie mit einem
FSK-Signal kann das Eingangssignal entsprechend Gleichung (Ia)
dargestellt werden:
U EE = A · sin (ω k t ±
ω H t) (Ia)
wobei ω H den Kreisfrequenzhub des Frequenzumtastsignales angibt.
In den ersten Multiplizierschaltungen (1) bzw. (2) wird das
Eingangssignal (U EE ) mit jeweils einer harmonischen Schwingung
der Frequenz ω k multipliziert, wobei die eine Schwingung
gegenüber der anderen um 90° phasenverschoben ist. Diese
Schwingungen können entweder extern erzeugt und über die beiden
Steuereingänge (S 1) bzw. (S 2) z. B. von einem programmierbaren
Frequenzgenerator (15) zugeführt werden oder sie werden in den
Multiplizierschaltungen (1) bzw. (2) selbst erzeugt.
Am Ausgang der Multiplizierschaltungen (1) bzw. (2) sind die
Signale (U B1) bzw. (U B2) abgreifbar, welche den Gleichungen (II)
bzw. (III) gehorchen.
mit I folgt
mit I folgt
Aus den Gleichungen (II) bzw. (III) ist erkennbar, daß durch
die Multiplikation das Eingangssignal jeweils in zwei Terme
aufgespalten wird von denen einer wesentlich höherfrequenter
ist als der andere und daher in den Tiefpaßfilterschaltungen (3)
bzw. (4) unterdrückt werden kann. Zur Anpassung dieser beiden
Tiefpaßfilterschaltungen (3) bzw. (4) an verschiedene
Übertragungsgeschwindigkeiten, können diese mit einstellbarer
Grenzfrequenz, also einstellbarer Bandbreite ausgebildet sein.
Diese Einstellung kann über an Steuereingänge (S 3) bzw. (S 4)
derselben angelegte Steuersignale erfolgen; beispielsweise
können diese Tiefpaßfilterschaltungen als Kondensator-Schalterfilter
ausgebildet sein.
An dem Ausgang der Tiefpaßfilterschaltungen (3) bzw. (4) sind
die Signale (U B1′) bzw. (U B2′) abgreifbar, für welche gilt:
In den Regelverstärkern (5) bzw. (6) werden Amplitudenschwankungen
des Eingangssignales (U EE′ ) die durch Schwankungen der
Übertragungscharakteristik des Übertragungskanals hervorgerufen
werden, ausgeglichen. An den Ausgängen der Regelverstärker (5)
bzw. (6) treten die Signale (U B1″) bzw. (U B2″) auf, für welche gilt:
Dabei bezeichnet ν die Spannungsverstärkung der beiden
Regelverstärker.
An einem Regeleingang jedes Regelverstärkers (5) bzw. (6) liegt
das Ausgangssignal (U R ) einer Amplitudenregelschaltung (14) an,
an deren Eingängen jeweils die Ausgangssignale (U B1″ bzw. U B2″)
der Regelverstärker anliegen. In der Amplitudenregelschaltung
(14) werden jeweils die Beträge der Quadrate der Amplituden
dieser beiden Signale gebildet, summiert und mit einer
Referenzamplitude verglichen. Die Regelabweichung wird als
Stellsignal (R) den Regelverstärkern zugeführt, wodurch der
Amplitudenregelkreis geschlossen ist. Über einen zusätzlichen
Ausgang (S Q ) kann gegebenenfalls ein Fehlersignal abgegeben
werden, wenn die Amplitudenschwankungen des Empfangssignals
zu groß werden, so daß eine ordnungsgemäße Demodulation des
Eingangssignales nicht mehr möglich ist.
Die Ausgangssignale (U B1″ bzw. U B2″) liegen an jeweils einem
Eingang zweier zweiter Multiplizierschaltungen (9) bzw. (10)
an. Weiters werden diese Signale jeweils an die Eingänge
zweier Differenzierschaltungen (7) bzw. (8) geführt, von
welchen eine, z. B. (7) investierend ist. An den Ausgängen der
Differenzierschaltungen (7, 8) sind die Signale (U D1) bzw.
(U D2) abgreifbar, welche den Gleichungen (VIII) bzw. (IX)
gehorchen.
Diese Signale werden jeweils den zweiten Eingängen der zweiten
Multiplizierschaltungen (9 bzw. 10) in der Weise zugeführt, daß
der zweite Eingang der Multiplizierschaltung (9) mit dem Ausgang
der Differenzierschaltung (8) und der zweite Eingang der
Multiplizierschaltung (10) mit dem Ausgang der Differenzierschaltung
(7) verbunden ist.
An den Ausgängen der Multiplizierschaltung (9, 10) treten die
Signale (U S1 bzw. U S2) auf, für die Gleichungen (X bzw. XI)
gelten.
Unter der Voraussetzung, daß die Amplituden dieser cos2- bzw.
sin2-Schwingungen genau gleich sind, können nach einem
Summensatz für trigonometrische Funktionen die Zeitfunktionen
in diesen beiden Signalen eliminiert werden. Dies geschieht
in einem Summierer (11) an dessen Eingängen die Signale (U S1
bzw. U S2) anliegen, wobei das Summensignal (U S ) für welches
die Gleichung (XII) die mathematische Beschreibung darstellt
an seinem Ausgang abgreifbar ist.
Wie aus der Gleichung (XII) ersehen werden kann, hängt dieses
Summensignal - da die Amplitude (A) des Eingangssignals über
die Amplitudenregelschleife konstant gehalten wird - nur von
der im Sender vorgegebenen Hubkreisfrequenz ω H und dem
ursprünglichen Modulationssignal U E (t) der Senderschaltung ab.
Für eine vorgegebene Hubkreisfrequenz wird daher die Amplitude
des Summensignals U S konstant sein, was eine der Hubkreisfrequenz
ω H angepaßte Zeitkonstante der Differenzierschaltungen (7) und
(8) voraussetzt.
Um eine optimale Anpassung zum Zwecke einer konstanten
Amplitude des Summensignals zu gewährleisten, können die
Differenzierschaltungen jeweils in ihrer Zeitkonstante umschaltbar
ausgebildet sein; diese Umschaltung kann durch an die Eingänge
(S 5) und (S 6) angelegte Steuersignale erfolgen.
Das Summensignal U S ist somit - bis auf einen konstanten Faktor,
- proportional dem Modulationssignal U E der Senderschaltung und
stellt für analoge Modulationssignale U E (t) das Ausgangssignal
der Empfängerschaltung dar.
Für den Fall eines digitalen, binären Modulationssignals
U E (t) = ±1 bei dem das Eingangssignal (U EE ) durch die Gleichung
(Ia) dargestellt werden kann, tritt als Summensignal (US) ein
Gleichspannungssignal auf, dessen Größe der Hubkreisfrequenz
ω H proportional ist und dessen Vorzeichen des zu übertragenden
Logikzustand angibt.
Dieses Signal wird bevorzugt an den einen Eingang einer
Komparatorschaltung 12 angelegt, dessen anderer Eingang mit
dem Referenzspannungsausgang (U Ref ) einer Referenzspannungsquelle
(13) verbunden ist. Das Ausgangssignal (U AE ) der
Komparatorschaltung ist ein digitales Signal, dessen
Logikzustand dem Logikzustand des Modulationssignals entspricht
und das das digitale Ausgangssignal der Empfängerschaltung
darstellt.
Nicht zuletzt ist darauf hinzuweisen, daß eine besonders
vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung darin besteht, daß sie in Mikroprozessortechnik
ausgeführt ist. Bei dieser Ausführungsform entfallen
die Regelverstärker 5 und 6. Die durch sie gewährleistete
Dynamik ist dann syteminherent, gegebenenfalls sind
entsprechende Analog-Digitalwandler vorgesehen.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum Demodulieren frequenzmodulierter
Signale mit zwei Signalverarbeitungskanälen mit wenigstens
je einem Eingang, an welchem das zu demodulierende
frequenzmodulierte Signal anliegt, und von welchen
Signalverarbeitungskanälen jeder eine Serienschaltung einer
Multiplizierschaltung und einer Tiefpaßschaltung sowie einen
steuerbaren Verstärker aufweist, sowie zwei Differenzierschaltungen,
von welchen je eine an jeweils einen Ausgang eines
Signalverarbeitungskanales angeschlossen ist, und zwei weitere
Multiplizierschaltungen, bei welchen jeweils ein Eingang
an den Ausgang eines Signalverarbeitungskanales und ein
jeweils weiterer Eingang an den Ausgang der mit dem anderen
Signalverarbeitungskanal verbundenen Differenzierschaltung
angeschlossen ist und deren Ausgänge mit den Eingängen
einer Signalverknüpfungsschaltung verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereingänge der Verstärker (5, 6)
mit einer gemeinsamen Steuerschaltung, vorzugsweise einem
Amplitudenregler (14) verbunden sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Differenzierschaltung (7, 8) mit einstellbarer
Zeitkonstante ausgebildet ist, wobei die Einstellung der
Zeitkonstante, vorzugsweise über an einen Steuereingang
(S 5, S 6) der Differenzierschaltungen (7, 8) anliegende
Steuersignale erfolgt, wobei die Signalverknüpfungsschaltung
durch eine Summierschaltung (11) gebildet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Tiefpaßfilterschaltung (3, 4) mit einstellbarer
Grenzfrequenz ausgebildet ist, wobei die Einstellung der
Grenzfrequenz vorzugsweise über an einen Steuereingang
(S 3 bzw. S 4) der Tiefpaßfilterschaltung (3, 4) anliegende
Steuersignale erfolgt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß für die Demodulation digitaler
Signale an den Ausgang der Summierschaltung (11) ein Eingang
einer Komparatorschaltung (12) angeschlossen ist, bei
welcher an einem zweiten Eingang eine Referenzspannung
(U Ref. ) anliegt und an deren Ausgang ein dem digitalen
Modulationssignal entsprechendes Digitalsignal (U AE )
abgreifbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863613994 DE3613994A1 (de) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | Schaltungsanordnung zum demodulieren frequenzmodulierter signale |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863613994 DE3613994A1 (de) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | Schaltungsanordnung zum demodulieren frequenzmodulierter signale |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3613994A1 true DE3613994A1 (de) | 1987-10-29 |
DE3613994C2 DE3613994C2 (de) | 1989-10-05 |
Family
ID=6299500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19863613994 Granted DE3613994A1 (de) | 1986-04-25 | 1986-04-25 | Schaltungsanordnung zum demodulieren frequenzmodulierter signale |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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